Dinámica de vorticidad en el campo cercano de un chorro con coflujo y sometido a forzado axial

Resumen

La estructura de un chorro con coflujo y sometido a forzado axial es estudiada experimentalmente en e! campo cercano. El flujo es isotermo e incompresible. Las medidas experimentales han consistido en visualizaciones del flujo en planos longitudinales y transversales y medidas simultáneas de dos componentes del vector velocidad, mediante PIV (Particle Image Velocimetry), en una retícula de puntos contenida en un plano longitudinal. Estas medidas se realizan en dos instalaciones distintas (pero geométricamente similares) y para diversos valores de los números adimensionales de relevancia (Reynolds, Strouhal, amplitud de forzado, etc.). Las medidas experimentales han permitido clarificar el comportamiento del flujo en el campo cercano. Los resultados muestran que las configuraciones que toma el flujo no difieren en sus características fundamentales al variar el número de Reynolds. Por ello, se considera aceptable modelar el flujo mediante razonamientos de dinámica de vorticidad no viscosa, simplificando el flujo en estructuras de vorticidad concentrada, en hilos o capas, que se mueven solidariamente al flujo. Para estudiar los efectos tridimensionales de forma unívoca, se añade al flujo una nueva perturbación, acimutal, de baja intensidad. Esta perturbación anda las organizaciones acimutales del flujo a un número de onda prefijado. En los experimentos se ha observado la aparición, desarrollo e interacciones entre tres estructuras diferentes de vorticidad. Las dos primeras estructuras corresponden al desarrollo de las inestabilidades axial y acimutal del chorro interior, ancladas y amplificadas por las dos excitaciones ortogonales. La tercera estructura tiene una organización inicial similar a la de la primera (anillos de vorticidad), pero contrarrotatoria. Esta estructura de vorticidad acimutal ¿negativa¿ es el resultado de diversos efectos sobre el labio de salida: 1 )la aparición de velocidades radiales de succión, inducidas por un anillo de vorticidad de la primera estructura, formado previamente; 2)la existencia del flujo exterior; y 3)la posible aparición de zonas de baja velocidad en el chorro interior, a causa del forzado axial al que es sometido. Por tanto, la formación de esta tercera estructura depende fuertemente de las condiciones del forzado axial y de la corriente exterior. Su aparición o no en el flujo como una estructura de vorticidad conceiitrada dependerá de dichas condiciones. Ambos casos (los de aparición o no de la estructura terciaria) han sido estudiados. La organización del flujo en el campo cercano responde a las interacciones de estas estructuras. Se muestran las diversas configuraciones geométricas que pueden aparecer, dependiendo de las características dinámicas del flujo y del forzado axial. Estas configuraciones son modeladas mediante razonamientos de dinámica de vorticidad no viscosa. El efecto de los diferentes parámetros del flujo es analizado.