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Padilla-Montero, IvánAutor (correspondencia)Rodríguez D.Autor o CoautorRodriguez, DanielAutor o Coautor

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6 de noviembre de 2024
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Artículo
Hybrid Gold

Eduction of coherent structures from schlieren images of twin jets using SPOD informed with momentum potential theory in the spectral domain

Publicado en: THEORETICAL AND COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS. 38 (3): 375-401 - 2024-06-01 38(3), DOI: 10.1007/s00162-024-00699-w

Autores:

Padilla-Montero, Ivan; Rodriguez, Daniel; Jaunet, Vincent; Jordan, Peter
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Afiliaciones

Univ Poitiers, Inst Pprime, Dept Fluides Therm & Combust, CNRS,ISAE,ENSMA, F-86036 Poitiers, France - Autor o Coautor
Univ Politecn Madrid UPM, Sch Aeronaut, ETSIAE, Pza Cardenal Cisneros 3, Madrid 28040, Spain - Autor o Coautor

Resumen

This work presents a methodology to extract coherent structures from high-speed schlieren images of turbulent twin jets which are more physically interpretable than those obtained with currently existing techniques. Recently, Prasad and Gaitonde (J Fluid Mech 940:1-11, 2022) introduced an approach which employs the momentum potential theory of Doak (J Sound Vib 131(1):67-90, 1989) to compute potential (acoustic and thermal) energy fluctuations from the schlieren images by solving a Poisson equation, and combines it with spectral proper orthogonal decomposition (SPOD) to educe coherent structures from the momentum potential field instead of the original schlieren field. While the latter field is dominated by a broad range of vortical fluctuations in the turbulent mixing region of unheated high-speed jets, the momentum potential field is governed by fluctuations which are intimately related to acoustic emission, and its spatial structure in the frequency domain is very organized. The proposed methodology in this paper improves the technique of Prasad and Gaitonde (J Fluid Mech 940:1-11, 2022) in three new ways. First, the solution of the Poisson equation is carried out in the frequency-wavenumber domain instead of the time-space domain, which simplifies and integrates the solution of the Poisson equation within the SPOD framework based on momentum potential fluctuations. Second, the issue of solving the Poisson equation on a finite domain with ad hoc boundary conditions is explicitly addressed, identifying and removing those unphysical harmonic components introduced in the solution process. Third, the solution of the SPOD problem in terms of momentum potential fluctuations is used to reconstruct schlieren SPOD fields associated with each mode, allowing the visualization of the obtained coherent structures also in terms of the density gradient. The method is applied here to schlieren images of a twin-jet configuration with a small jet separation at two supersonic operation conditions: a perfectly-expanded and an overexpanded one. The SPOD modes based on momentum potential fluctuations retain the wavepacket structure including the direct Mach-wave radiation, together with upstream- and downstream-traveling acoustic waves, similar to SPOD modes based on the schlieren images. However, for the same dataset, they result in a lower-rank decomposition than schlieren-based SPOD and provide an effective separation of twin-jet fluctuations into independent toroidal and flapping oscillations that are recovered as different SPOD modes. These coherent structures are more consistent with twin-jet wavepacket models available in the literature than those originally obtained with direct schlieren-based SPOD, facilitating their interpretation and comparison against theoretical analyses.
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Palabras clave

AcousticsDynamicsFluctuationsInstability wavesMechanismsMomentum potential theorMomentum potential theoryNoise emissionProper orthogonal decompositionSchlierenSpodStabilitTurbulenceTwin jetsVelocity-fieldWavepacket models

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista THEORETICAL AND COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia Scopus (SJR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición , consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Computational Mechanics.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-25:

  • Open Alex: 9
  • WoS: 9
  • Scopus: 8
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-25:

  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 15 (PlumX).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: https://oa.upm.es/88012/

Como resultado de la publicación del trabajo en el repositorio institucional, se han obtenido datos estadísticos de uso que reflejan su impacto. En términos de difusión, podemos afirmar que, hasta la fecha

  • Visualizaciones: 118
  • Descargas: 27
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Este trabajo se ha realizado con colaboración internacional, concretamente con investigadores de: France.

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (PADILLA MONTERO, IVAN) .

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido PADILLA MONTERO, IVAN.

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Reconocimientos ligados al ítem

Open Access funding provided thanks to the CRUE-CSIC agreement with Springer Nature. The work of D.R. and I.P. received partial financial support from the Government of the Community of Madrid within the multi-annual agreement with Universidad Politecnica de Madrid through the Program of Excellence in Faculty (V-PRICIT line 3) and the Program of Impulse of Young Researchers (V-PRICIT lines 1 and 3, Grant No. APOYO-JOVENES-WYOWRI-135-DZBLJU). I.P. also received partial funding from the European Union's NextGenerationEU program (RD 289/2021: Ayud as Margarita Salas para la formacion dejovenes doctores).
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