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@PhDThesis{Manco::StChSu,
               author = "Manco, Jhonatan Andr{\'e}s Aguirre",
                title = "Stability characteristics of subsonic binary axisymmetric coaxial 
                         jets",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2019-11-06",
             keywords = "Binary coaxial jets, Hydrodynamic stability, Euler equation, High 
                         order numerical simulation, Jatos coaxiais bin{\'a}rio, 
                         Estabilidade Hidrodin{\^a}mica, Equa{\c{c}}{\~o}es de Euler, 
                         Simula{\c{c}}{\~a}o de alta ordem.",
             abstract = "The performance of combustion systems in gas turbines and rocket 
                         engines depend strongly on the proper injection and mixing between 
                         fuel and oxidizer. The injection of propellants in these systems 
                         is performed using shear coaxial injectors that define the 
                         physical initial conditions for the combustion process. The 
                         hydrodynamic instabilities formed by the coaxial shear injector 
                         allow the mixing between the propellants through vorticity created 
                         by the instability of the shear layers. This work had as main 
                         objective the understanding of the stability characteristics of 
                         axisymmetric coaxial jets composed of different gases, 
                         specifically hydrogen and oxygen. To analyze the stability 
                         characteristics of coaxial binary jets the Linear Stability Theory 
                         (LST) and High Order Simulation (HOS) approaches were used. The 
                         LST has shown that the cases where the hydrogen was used as 
                         species in the inner jet H2 \− O2 the amplification rates 
                         of Mode II are larger than the homogeneous coaxial jet, contrarily 
                         to what happens in O2 \− H2 configuration. This agreed with 
                         the previous studies in a binary mixing layer, in which when the 
                         heavier species is in the lower velocity stream the amplification 
                         rates are larger, and vice versa. However For Mode I, the binary 
                         mixing layer results can not be extrapolated for a coaxial binary 
                         jet, once the confinement effect, caused by the finite quantity of 
                         species that can be placed in the inner jet, plays an important 
                         role. Using a low Mach number formulation, the compressible 
                         effects were neglected with the intention to show in the Less and 
                         Lin equation (compressible Rayleigh equation) where is the role of 
                         the species in the stability properties, which was called inertial 
                         effects. This formulation together with the compressible 
                         formulation also allows understanding the compressible effects 
                         caused by the different speed of sound of the species. Using High 
                         Order Simulations (HOS) of the Euler equation as second way to 
                         analyses the stability characteristics of coaxial binary jets, the 
                         main results of the LST were simulated in order to view different 
                         effects neglected by this theory, as: nonlinearities as modes 
                         interact, the used of realistic velocity and species profiles not 
                         based on canonical equations for the base flow and the 
                         visualization of the growth of the instabilities. RESUMO: O 
                         desempenho dos sistemas de combust{\~a}o em turbinas a g{\'a}s e 
                         motores foguete depende fortemente da inje{\c{c}}{\~a}o e 
                         mistura adequadas entre o combust{\'{\i}}vel e o oxidante. A 
                         inje{\c{c}}{\~a}o dos propelentes nesses sistemas {\'e} 
                         realizada usando injetores coaxiais de cisalhamento, os quais 
                         definem as condi{\c{c}}{\~o}es iniciais para o processo de 
                         combust{\~a}o. As instabilidades hidrodin{\^a}micas formadas 
                         pelo injetor de cisalhamento coaxial permitem a mistura entre os 
                         propelentes por meio da vorticidade gerada pela instabilidade das 
                         camadas de cisalhamento. Este trabalho tem como objetivo principal 
                         o entendimento das caracter{\'{\i}}sticas de estabilidade de 
                         jatos coaxiais axissim{\'e}tricos compostos por diferentes gases, 
                         especificamente hidrog{\^e}nio e oxig{\^e}nio. Para analisar as 
                         caracter{\'{\i}}sticas de estabilidade dos jatos bin{\'a}rios 
                         coaxiais, foram utilizadas as abordagens da Teoria da Estabilidade 
                         Linear (LST) e Simula{\c{c}}{\~a}o num{\'e}rica de Alta Ordem 
                         (HOS). O LST mostrou que os casos em que o hidrog{\^e}nio foi 
                         usado como esp{\'e}cie no jato interno H2-O2 as taxas de 
                         amplifica{\c{c}}{\~a}o do Modo II s{\~a}o maiores que o jato 
                         coaxial homog{\^e}neo, ao contr{\'a}rio do que acontece na 
                         configura{\c{c}}{\~a}o do O2-H2. Isto concordou com os estudos 
                         anteriores realizados em camadas de mistura bin{\'a}ria, nos 
                         quais quando as esp{\'e}cies mais pesadas est{\~a}o na corrente 
                         de velocidade mais baixa, as taxas de amplifica{\c{c}}{\~a}o 
                         s{\~a}o maiores e vice-versa. No entanto, no Modo I, os 
                         resultados da camada de mistura bin{\'a}ria n{\~a}o podem ser 
                         extrapolados para um jato bin{\'a}rio coaxial, uma vez que o 
                         efeito de confinamento, causado pela quantidade finita de 
                         esp{\'e}cies que podem ser colocadas no jato interno, desempenha 
                         um papel importante. Usando uma formula{\c{c}}{\~a}o de Mach 
                         baixo, os efeitos compress{\'{\i}}veis foram desprezados com a 
                         inten{\c{c}}{\~a}o de mostrar na equa{\c{c}}{\~a}o de Less e 
                         Lin (equa{\c{c}}{\~a}o de Rayleigh compress{\'{\i}}vel) onde 
                         est{\'a} o papel das esp{\'e}cies nas caracter{\'{\i}}sticas 
                         de estabilidade, chamados de efeitos inerciais. Esta 
                         formula{\c{c}}{\~a}o, juntamente com a formula{\c{c}}{\~a}o 
                         compress{\'{\i}}vel, tamb{\'e}m permitiu compreender os efeitos 
                         compress{\'{\i}}veis causados pelas diferentes velocidades do 
                         som das esp{\'e}cies. Utilizando simula{\c{c}}{\~o}es de alta 
                         ordem (HOS) das equa{\c{c}}{\~o}es de Euler como segunda maneira 
                         de analisar as caracter{\'{\i}}sticas de estabilidade de jatos 
                         bin{\'a}rios coaxiais, foram simulados os principais resultados 
                         do LST para visualizar diferentes efeitos desprezados por essa 
                         teoria, como: n{\~a}o linearidades como a itera{\c{c}}{\~a}o 
                         entres os modos, o uso de um perfil de velocidade mais realista , 
                         perfis de esp{\'e}cies n{\~a}o baseados em equa{\c{c}}{\~o}es 
                         can{\^o}nicas para o escomento base e a visualiza{\c{c}}{\~a}o 
                         do crescimento das instabilidades.",
            committee = "Mendon{\c{c}}a, Marcio Teixeira de (presidente/orientador) and 
                         Fachini Filho, Fernando and Savonov, Roman Ivanovitch and 
                         Cavalieri, Andr{\'e} Valdetaro Gomes and Souza, Leandro Franco 
                         de",
         englishtitle = "Caracter{\'{\i}}sticas de estabilidade de jatos coaxiais 
                         bin{\'a}rios subs{\^o}nicos e axissim{\'e}tricos",
             language = "en",
                pages = "138",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3UFNTF2",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3UFNTF2",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "2020, Feb. 17"
}


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