Study of the stability of jets and wakes. Application to the wake past slender bodies with blunt trailing edge

Abstract

[ES] El flujo tras cuerpos romos es una configuración típica en aplicaciones de ingeniería, caracterizada por la separación masiva de la capa límite. Ésta da lugar a una estela, que bajo determinadas circunstancias, soporta regímenes inestables. Dichos regímenes conllevan la aparición de fuerzas transversales y el desprendimiento periódico de vórtices, acarreando evidentes riesgos estructurales, como vibraciones y resonancias. A pesar de su interés, la secuencia de regímenes y transiciones que desemboca en la turbulencia en estelas tras cuerpos esbeltos de base roma no se comprende completamente. Esta Tesis pretende aclarar este fenómeno a bajos números de Reynolds, y para ello, se caracterizan (mediante experimentos, simulaciones numéricas y análisis de estabilidad global) los regímenes y bifurcaciones tras cuerpos esbeltos con cabeza elipsoidal, y estudia el efecto de la relación de esbeltez. Además, se aplican satisfactoriamente tres estrategias de control pasivo para estelas inestables: soplado de base, cavidades traseras y cuerpo con giro.

[EN] Flow past bluff bodies is a typical configuration in many engineering applications, being it characterized by the massive separation of the boundary layer. This creates a wake that, under certain circumstances, undergoes unstable regimes. Such regimes entail transverse forces and periodic vortex shedding, and consequently, structural risks, e.g. vibrations and resonances. Despite of the interest, the sequence of regimes and bifurcations leading to turbulence in wakes behind slender bodies with blunt-trailing edge is not perfectly understood. This Thesis aims at shedding light on this issue for low Reynolds numbers, by characterizing (through experiments, numerical simulations and global stability analysis) the unstable regimes and bifurcations behind slender bodies with rounded nose, and study the effect of the aspect ratio. Furthermore, three passive control strategies for unstable wakes are applied: base bleed, rear cavities and body rotation.