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Analysis of the dynamic modes of transonic flow past a cylinder

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MetadadosDescriçãoIdioma
Autor(es): dc.contributorFabro, Adriano Todorovic-
Autor(es): dc.contributorMiserda, Roberto Francisco Bobenrieth-
Autor(es): dc.creatorSantana, Guilherme Mendes-
Data de aceite: dc.date.accessioned2024-07-24T13:42:33Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2024-07-24T13:42:33Z-
Data de envio: dc.date.issued2024-07-08-
Data de envio: dc.date.issued2024-07-08-
Data de envio: dc.date.issued2024-07-08-
Data de envio: dc.date.issued2023-06-27-
Fonte completa do material: dc.identifierhttp://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48612-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/capes/857276-
Descrição: dc.descriptionDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2022.-
Descrição: dc.descriptionAs abordagens mais comuns em aeroacústica computacional são a computação direta do ruído, através da solução das equações governantes, e o uso de equações lineares para descrever a propagação do som. Uma alternativa interessante a esses métodos é o uso de um modelo baseado em dados, como os fornecidos pela Decomposição em Modos Dinâmicos (DMD) e pela Decomposição Ortogonal Própria (POD) são ferramentas de análise direcionadas por dados. Neste contexto, esta dissertação visa utilizar os métodos POD e DMD para estudar o escoamento transônico bidimensional em torno de um cilindro com números de Mach 0,5 e 0,75, modelado com as equações de Euler. O escoamento ao redor do cilindro foi escolhido como objeto deste trabalho por ser um problema clássico da mecânica dos fluidos mas que apresenta uma dinâmica rica. A aceleração do escoamento ao passar pelo cilindro causa a formação de ondas de choque, e o gradiente de pressão adverso resultante causa a separação do escoamento. À medida que os vórtices são emitidos e formam uma esteira de von Karman, as ondas de choque também se separam e se propagam pelo domínio como ondas sonoras. Os números de Strouhal para ambos os casos ficaram em torno de 0,2, o valor clássico para o escoamento ao redor de um cilindro. O POD e o DMD são métodos que decompõem um conjunto de dados, neste caso composto por campos de pressão, em estruturas coerentes, também conhecidas como modos. Os modos do POD são estruturas espacialmente ortogonais, enquanto os modos do DMD têm frequências e taxas de crescimento específicas. A análise das estruturas dos modos revelou que o cilindro emite ruído de forma semelhante a um dipolo acústico, com contribuições de outros multipolos. Além disso, os modos para 𝑀∞ = 0, 75 revelaram que a esteira de vorticidade também é uma fonte de ruído no escoamento. A decomposição em modos dinâmicos (DMD) também forneceu frequências associadas aos modos que corresponderam aos picos nos espectros de pressão. Os modos POD e DMD também foram usados para reconstruir os escoamentos. Os resultados obtidos com o POD coincidiram quase exatamente com os dados originais, enquanto os obtidos com o DMD apresentaram mais discrepâncias. Para 𝑀∞ = 0, 5, o erro da raiz da média quadrática das flutuações de pressão ficou entre 15% e 25% na maior parte do domínio, mas teve um valor máximo de mais de 200%, mas a frequência e a amplitude das oscilações representaram razoavelmente bem os dados originais. Os resultados mostraram que o POD e o DMD são ferramentas de análise interessantes, capazes de revelar características importantes sobre o sistema estudado, mas o POD é melhor para a reconstrução dos escoamentos.-
Descrição: dc.descriptionCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).-
Descrição: dc.descriptionThe most common approaches for computational aeroacoustics are the direct noise computation through the solution of the governing equations and the use of linear equations to describe sound propagation. An interesting alternative to these methods is a data-driven approach. The Dynamic Modes Decomposition (DMD) and the Proper Orthogonal Decomposition (POD) are analysis tools that have been used recently that also provide data-based models. With that in mind, this dissertation aims to use the POD and DMD methods to study the transonic flow past a 2D circular cylinder with Mach numbers 0.5 and 0.75 and modelled with the Euler equations. The flow past the cylinder was chosen as the subject of this work because it is a classical problem in fluid mechanics but presents rich dynamics. The acceleration of the flow as it passes around the cylinder causes the formation of shock waves, and the resulting adverse pressure gradient causes the separation of the flow. As vortices are emitted and form a von Karman street at the wake, the shock waves also detach and propagate through the domain as sound waves. The Strouhal numbers for both cases were around 0.2, the well-known value for the flow around a cylinder. The POD and DMD are methods that decompose a data set, in this case composed of pressure field snapshots, into coherent structures, or modes. The POD modes are spatially orthogonal structures, while the DMD modes have specific frequencies and rates of growth. The analysis of the modes’ structures revealed that the cylinder emits noise in a manner similar to an acoustic dipole, with contributions from other multipoles. Furthermore, the modes for 𝑀∞ = 0.75 revealed that the vortex wake is also a noise source in this case. The DMD decomposition also provided frequencies associated with the modes that matched the peaks in the pressure spectra. The POD and DMD modes were also used to reconstruct the flow fields. The reconstruction with the POD agreed almost exactly with the original data, while those obtained with the DMD presented more discrepancies. For 𝑀∞ = 0.5 the error for the pressure fluctuations root mean square value was around 15% to 25% for most of the domain and had a maximum value of over 200%, but the frequency and amplitude of the sound waves represented the original data reasonably well. The results showed that the POD and the DMD are interesting analysis tools, capable of revealing important information about the system but the POD is a better method to reconstruct the data set.-
Descrição: dc.descriptionFaculdade de Tecnologia (FT)-
Descrição: dc.descriptionDepartamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)-
Descrição: dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas-
Formato: dc.formatapplication/pdf-
Idioma: dc.languageen-
Direitos: dc.rightsAcesso Aberto-
Direitos: dc.rightsA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.-
Palavras-chave: dc.subjectAeroacústica-
Palavras-chave: dc.subjectEscoamento (Engenharia)-
Título: dc.titleAnalysis of the dynamic modes of transonic flow past a cylinder-
Título: dc.titleAnálise dos modos dinâmicos de escoamento transônico em torno de um cilindro-
Tipo de arquivo: dc.typeDissertação-
Aparece nas coleções:Repositório Institucional – UNB (old)

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