@PhDThesis{Vargas:2021:StChCo,
author = "Vargas, Maycol Marcondes",
title = "Stability characteristics of compressible binary planar jets",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2021",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2019-12-03",
keywords = "LST, PSE, hidrodynamic stability, instability, jet, estabilidade
hidrodin{\^a}mica, instabilidade, jato.",
abstract = "The present work investigates the stability of compressible binary
planar jets. Different from a homogeneous jet, where a single
chemical species is present, the binary jet may have strong
density gradients due to the choice of the chemical species
considered in each stream. The work is divided in two parts. The
first part consists of the analysis of stability using linear
stability theory. The goal is to identify the possible instability
modes for simple and co-flowing jets and investigate the effect of
density gradients on the flow structure, growth rates, unstable
frequency range and disturbance phase speed for each mode. The
effect of species concentration on free shear layer stability has
been reported previously in the literature, but detailed
comparisons between stability modes and characteristics for a
range of density ratios typical of oxygen and hydrogen mixtures as
well as the identification of inner and outer sinuous and varicose
modes are new. For the co-flowing jet four different modes are
found, the inner and outer shear layers both have sinuous and
varicose modes. Both for the sinuous and varicose modes the simple
jet is more unstable when the fluid with the highest density is at
the inner jet, with amplification rates twice as high as the
lowest density ratio considered, but the range of unstable
frequencies can be four times lower. The sinuous mode is less
dispersive than the varicose and the disturbance speeds may vary
by one order of magnitude with density ratio. For coflowing jets
the external mode is up to seven times more unstable, but this is
due to the choice of the velocity ratio considered. For the inner
mode the density gradient has a stabilizing effect, regardless of
which specie is present at the center of the jet. The co-flowing
jet is more dispersive, except for the varicose inner mode. The
variation of phase speed with density gradient is not as strong as
in the simple jet. The second part of the work is the study of
stability by use of parabolized stability equations (PSE). The
Parabolyzed Stability Equations (PSE) results are obtained for a
simple planar jet consisting of only one gas. Initial conditions
for the PSE are obtained from the Linear Stability Theory (LST)
numerical code used in the first part. Results of this analysis
are reduced due to the early stages of numerical code. RESUMO: O
trabalho atual investiga a estabilidade de jatos
compress{\'{\i}}veis simples e bin{\'a}rios. Diferente de um
jato homog{\^e}neo, onde uma {\'u}nica esp{\'e}cie est{\'a}
presente, no jato bin{\'a}rio fortes gradientes podem estar
presentes na massa espec{\'{\i}}fica devido a diferentes
esp{\'e}cies consideradas nos jatos. O trabalho {\'e} dividido
em duas partes. A primeira parte trata da an{\'a}lise de
estabilidade com uso da teoria linear. O objetivo {\'e}
identificar os modos inst{\'a}veis para a
configura{\c{c}}{\~a}o de jato simples e de jato composto
(co-flowing), tamb{\'e}m estudar o efeito de gradientes de
fra{\c{c}}{\~a}o m{\'a}ssica na estrutura do escoamento, a taxa
de amplifica{\c{c}}{\~a}o, faixas inst{\'a}veis de
frequ{\^e}ncia e velocidade de fase para cada modo. O efeito da
concentra{\c{c}}{\~a}o de esp{\'e}cies no escoamento livre
{\'e} documentado previamente na literatura, mas
compara{\c{c}}{\~o}es detalhadas entre modos de estabilidade e
caracter{\'{\i}}sticas para uma faixa de raz{\~o}es de massa
espec{\'{\i}}fica t{\'{\i}}picas de misturas de oxig{\^e}nio
e hidrog{\^e}nio, assim como a identifica{\c{c}}{\~a}o de modos
internos, externos, sinuoso e varicoso {\'e} novo. Para o jato
complexo (co-flowing), quatro modos diferentes s{\~a}o
encontrados, as camadas cisalhantes internas e externas possuem
ambas modos varicosos e sinuosos. Para ambos os modos, sinuoso e
varicoso, o jato simples {\'e} mais inst{\'a}vel quando o fluido
mais denso est{\'a} no jato interno, com taxas de
amplifica{\c{c}}{\~a}o duas vezes maiores comparadas com a
raz{\~a}o com menor densidade, mas com a faixa de frequ{\^e}ncia
inst{\'a}veis pode ser quatro vezes menos. O modo sinuoso {\'e}
menos dispersivo que o varicoso e a velocidade das
perturba{\c{c}}{\~o}es pode variar em uma ordem de magnitude com
a raz{\~a}o de massa espec{\'{\i}}fica. Para o jato co-fluente,
o modo externo {\'e} at{\'e} sete vezes mais inst{\'a}vel, mas
isso {\'e} devido a escolha da raz{\~a}o de velocidade. Para o
modo interno, o gradiente de massa espec{\'{\i}}fica tem um
efeito estabilizante, independente de qual esp{\'e}cie estiver no
centro do jato. O jato complexo, {\'e} mais dispersivo, exceto
para o modo interno varicoso. A varia{\c{c}}{\~a}o da velocidade
de fase com o gradiente de massa espec{\'{\i}}fica n{\~a}o
{\'e} t{\~a}o forte como no jato simples. A segunda parte {\'e}
o desenvolvimento e estudo de estabilidade usando
equa{\c{c}}{\~o}es parabolizadas. Os resultados das
Equa{\c{c}}{\~o}es de Estabilidade Parabolizadas (PSE) s{\~a}o
obtidos para o jato simples considerando somente um g{\'a}s. As
condi{\c{c}}{\~o}es iniciais para o Equa{\c{c}}{\~o}es de
Estabilidade Parabolizadas (PSE) s{\~a}o obtidas usando o
c{\'o}digo da primeira parte, que faz uso da Teoria de
Estabilidade Linear(LST). Resultados obtidos com essa an{\'a}lise
s{\~a}o escassos, devido ao c{\'o}digo n{\~a}o estar totalmente
desenvolvido.",
committee = "Mendon{\c{c}}a, M{\'a}rcio Teixeira de (presidente/orientador)
and Costa, Fernando de Souza and Dourado, Wladimyr Mattos da Costa
and Trevisan, Bruno Peruchi and Souza, Oberdan Miguel Rodrigues
de",
englishtitle = "Caracter{\'{\i}}sticas de estabilidade de jatos planares
bin{\'a}rios",
language = "en",
pages = "104",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3UQ4H4E",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/3UQ4H4E",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "26 abr. 2024"
}