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Control del comportamiento de la capa límite utilizando chorros sintéticos: Análisis topológico

Autores: Antonio Gutiérrez Santillán

Rubén Ávila Rodríguez

23 de noviembre

Licencia Creative Commons.

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• Esquema– Introducción

– Modelo físico

– Modelo matemático

– Método numérico

– Casos de validación

– Casos de estudio

– Resultados

– Conclusiones

Antonio Gutiérrez SantillánControl del comportamiento de la capa límite utilizando chorros sintéticos: Análisis topológico




• Introducción– Separación de la capa límite

• Se da cuando la capa límite literalmente se desprende de la superficie.

• Se puede identificar encontrando las singularidades en las ecuaciones de Navier-Stokes.





– Nodos singulares 3-D


Délery,J.(2013)

Formas que adquieren los nodos singulares en las ecuaciones de N-S Délery,J.(2013)




– Nodos singulares 3-D


Délery,J.(2013) Licencia Creative Commons.



• Uso de los chorros sintéticos– Modificar los coeficientes de arrastre y sustentación dentro de un

perfil NACA (Moin, D. 2008).

– Aumentar hasta 4.3 veces la disipación de calor dentro de micro-canales (Narayanaswamy 2010).





• Modelo físico





• Modelos matemáticos que gobiernan a los fluidos– Ecuación de continuidad

– Ecuación de Momentum

– Tensor de esfuerzos para el cálculo de las SFL





• Método de elementos espectrales h/p

– El dominio se dividió en macroelementos, no superpuestos (elementos de forma h).

– Se definen expansiones polinomiales por partes (orden polinomial p) dentro de cada macroelemento.





• Malla numérica (Miztli Nek5000)– Malla con 43,394

macroelementos hexaédricos

– Orden del polinomio

de expansión igual a p=7

Nodos por macroelemeto=343

No. Aprox nodos=14,884,142





• Casos de validación, Zhou and Zhong (2009)





• Pérfil de Blasius para la validación


“Hairpin Vortex” “Tilted vortex”



• Casos de estudio





• Resultados (Criterio-Q y la vorticidad)


“Hairpin Vortex” “Tilted vortex” Licencia Creative Commons.



– Líneas de fricción de superficie (Skin Friction Lines-SFL)


Sección 1 Sección 2 Sección 3 Sección 4




– Mapa. Efecto de tres chorros sintéticos sobre la zona de recirculación





– Mapa. Efecto de un chorro sobre la zona de recirculación





• Conclusiones– El número total de nodos de Miztli empleados para estas

simulaciones han variado entre 40 y 120, obteniendo resultados entre 5 y 7 días.

– Los resultados obtenidos concuerdan con los resultados experimentales y computacionales hechos por Zhou and Zhong (2009) y Zhou and Zhong (2010) .

– Se logró generar un mapa que ayuda a identificar a partir de qué punto los chorros rompen con la zona de recirculación y empiezan a generar nodos tipo (Focus), ayudando de esta manera a controlar los nodos donde se desprende la capa límite.

– Sí se desea ver qué pasa al introducir la ecuación de energía se debe refinar la malla y el tiempo de cómputo incrementaría bastante.



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