Formaci´on de v´ortices en junturas X: dependencia con la relaci´on de aspecto y an´alisis de sensibilidad

CORREA, P. G.; UBAL S.; AURADOU H.; MAC INTYRE J. R.; HULIN J. P.; GOMBA, J. M.; PERAZZO, CARLOS ALBERTO

Congreso; Reunión Anual de la AFA; 2020

Estudiamos de manera num´erica la formaci´on de v´ortices en el cruce de dos canales rectil´ıneos de secci´on rectangular que se intersectan en ´angulo recto (o juntura X) a valores del n´umero de Reynolds moderados (Re < 70). Lajuntura X se caracteriza por su relaci´on de aspecto AR = H/W, siendo H y W el alto y el ancho de los canales,respectivamente. Realizamos simulaciones directas tridimensionales resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokespara un l´ıquido newtoniano en una configuraci´on de dos entradas enfrentadas y dos salidas. Por encima de un valorcr´ıtico del n´umero de Reynolds observamos la aparici´on de v´ortices estacionarios en el cruce de los dos canales.La cantidad de estos v´ortices y el valor de Re cr´ıtico dependen solamente de la relaci´on de aspecto AR, siendoel n´umero de v´ortices creciente con AR. De formarse un solo v´ortice, ambos fluidos se mezclan a lo largo deambos canales de salida. Por el contrario, la formaci´on de m´ultiples v´ortices genera una separaci´on de los fluidosen una estructura de bandas alternadas hacia las salidas de la juntura. Mediante un an´alisis de estabilidad linealcalculamos el valor cr´ıtico de Re para distintos valores de AR, resultado que concuerda con los valores obtenidosde las simulaciones directas. Del an´alisis lineal tambi´en observamos que el comportamiento del modo global m´asinestable predice correctamente la cantidad de v´ortices que puede presentar el flujo. A partir de la formulaci´ondel problema lineal adjunto realizamos el c´omputo de la sensibilidad estructural del problema. Las regiones consensibilidad alta indican la ubicaci´on donde la inestabilidad se origina, en este caso en la zona de cruce de loscanales, cercanas a las paredes inferior y superior de la juntura. Por ´ultimo, la existencia de estos v´ortices y suscaracter´ısticas resulta de inter´es en potenciales aplicaciones para el control de flujos, el mezclado y la separaci´onde especies l´ıquidas en dispositivos de microflu´ıdica.