Многомасштабная турбулентность

Многомасштабная турбулентность — это класс турбулентных потоков, в которых хаотическое движение жидкости происходит на разных длинах и/или временных масштабах. ^[1]^[2] Обычно это достигается погружением в движущуюся жидкость тела с многомасштабным, часто фрактальным , расположением масштабов длины. Такое расположение весов может быть либо пассивным, либо пассивным. ^[3]^[4] или активный ^[5]

Три примера генераторов многомасштабной турбулентности . направо: фрактальная перекрестная сетка , фрактальная квадратная сетка и фрактальная I. сетка Слева Посмотрите на ютубе изготовление фрактальной сетки.

Поскольку турбулентные потоки содержат вихри с широким диапазоном масштабов, возбуждение турбулентности на определенных масштабах (или диапазоне масштабов) позволяет точно настроить свойства этого потока. Многомасштабные турбулентные течения успешно применяются в различных областях. ^[6] такой как:

Снижение акустического шума от крыльев за счет изменения геометрии спойлеров ; ^[7]
Улучшение теплоотдачи от ударных струй, проходящих через решетки; ^[8]
Снижение интенсивности вихреобразования при обтекании нормальных пластин без изменения образования вихрей частоты ; ^[9]
Улучшение перемешивания за счет энергоэффективного перемешивания; ^[10]^[11]
Улучшение расходомера и регулирования потока в трубах; ^[12]
Улучшение сгорания. ^[13]^[14]

Многомасштабная турбулентность также сыграла важную роль в исследовании внутренней структуры турбулентности . ^[15] Такого рода турбулентность позволила исследователям открыть новый диссипации закон , в котором параметр $C_{\epsilon }$ в

\varepsilon =C_{\varepsilon }{\frac {{\mathcal {U}}^{3}}{\mathcal {L}}}

не является постоянной величиной, как того требует Ричардсона - Колмогорова энергетический каскад . Этот новый закон ^[15] может быть выражено как $C_{\epsilon }\propto {\frac {Re_{I}^{m}}{Re_{L}^{n}}}$ , с $m\approx 1\approx n$ , где $Re_{I}$ и $Re_{L}$ являются числами Рейнольдса , основанными, соответственно, на начальных/глобальных условиях (таких как скорость набегающего потока объекта и масштаб длины ) и местных условиях (таких как среднеквадратическая скорость и интегральный масштаб длины). Этот новый закон диссипации характеризует неравновесную турбулентность, по-видимому, универсально в различных потоках (а не только многомасштабную турбулентность) и является результатом неравновесного нестационарного каскада энергии . Этот дисбаланс означает, что существуют новые масштабы среднего потока для турбулентных потоков со свободным сдвигом, как уже наблюдалось в осесимметричных следах. ^[15]^[16]

Ссылки

^ Лайзе, С.; Василикос, JC (январь 2009 г.). «Многомасштабная генерация турбулентности». Журнал многомасштабного моделирования . 01 (1): 177–196. дои : 10.1142/S1756973709000098 .
^ Мацци, Б.; Василикос, JC (10 марта 2004 г.). «Фрактальная турбулентность». Журнал механики жидкости . 502 : 65–87. Бибкод : 2004JFM...502...65M . CiteSeerX 10.1.1.475.2171 . дои : 10.1017/S0022112003007249 . S2CID 58933525 .
^ Херст, Д.; Василикос, JC (2007). «Скейлинг и распад фрактальной турбулентности». Физика жидкостей . 19 (3): 035103–035103–31. Бибкод : 2007PhFl...19c5103H . дои : 10.1063/1.2676448 .
^ Нагата, К.; Сакаи, Ю.; Инаба, Т.; Сузуки, Х.; Терашима, О.; Сузуки, Х. (2013). «Структура турбулентности и перенос кинетической энергии турбулентности в многомасштабной / фрактальной турбулентности». Физика жидкостей . 25 (6): 065102–065102–26. Бибкод : 2013PhFl...25f5102N . дои : 10.1063/1.4811402 .
^ Торманн, А.; Менево, К. (февраль 2014 г.). «Распад однородной, почти изотропной турбулентности за активными фрактальными сетками». Физика жидкостей . 26 (2): 025112. Бибкод : 2014PhFl...26b5112T . дои : 10.1063/1.4865232 .
^ Лайзе, Сильвен; Сакаи, Ясухико; Христос Василикос, Дж. (1 декабря 2013 г.). «Специальный выпуск избранных статей второго двустороннего семинара Великобритании и Японии и первого семинара ERCOFTAC по турбулентным потокам, создаваемым / спроектированным многомасштабными / фрактальными способами, Лондон, март 2012 г.» . Исследование гидродинамики . 45 (6): 061001. Бибкод : 2013FlDyR..45f1001L . дои : 10.1088/0169-5983/45/6/061001 .
^ Недич, Дж., Б. Ганапатисубрамани, Дж. К. Василикос, Дж. Бори, Л. Е. Бриззи, А. Спон. «Аэроакустическое исполнение фрактальных спойлеров » Журнал AIAA 2012.
^ Кафьеро, Г.; Дискетти, С.; Астарита, Т. (август 2014 г.). «Усиление теплопередачи падающих струй с фрактальной турбулентностью». Международный журнал тепломассообмена . 75 : 173–183. doi : 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.03.049 .
^ Недич, Ю.; Ганапатисубрамани, Б.; Василикос, JC (1 декабря 2013 г.). «Характеристики сопротивления и ближнего следа плоских пластин, нормальных к потоку, с фрактальной геометрией краев». Исследование гидродинамики . 45 (6): 061406. Бибкод : 2013FlDyR..45f1406N . дои : 10.1088/0169-5983/45/6/061406 . S2CID 119569184 .
^ Лайзе, С.; Василикос, JC (23 декабря 2014 г.). «Перемешивание и скалярный перенос за счет турбулентности, создаваемой сеткой, при наличии среднего скалярного градиента». Журнал механики жидкости . 764 : 52–75. Бибкод : 2015JFM...764...52L . дои : 10.1017/jfm.2014.695 . hdl : 10044/1/21530 . S2CID 122885256 .
^ Сузуки, Х.; Нагата, К.; Сакаи, Ю.; Хаясе, Т. (1 декабря 2010 г.). «Прямое численное моделирование турбулентного перемешивания в регулярной и фрактальной сеточной турбулентности». Физика Скрипта . T142 : 014065. Бибкод : 2010PhST..142a4065S . дои : 10.1088/0031-8949/2010/T142/014065 . S2CID 120566583 .
^ Мансур, Б.; Николло, FCGA; Бек, SBM (июнь 2011 г.). «Фрактальный стабилизатор потока для диафрагменных расходомеров». Измерение расхода и контрольно-измерительные приборы . 22 (3): 208–214. doi : 10.1016/j.flowmeasinst.2011.02.003 .
^ Вербек, А.А.; Бутен, TWFM; Стоффельс, GGM; Гертс, Б.Дж.; ван дер Меер, TH (январь 2015 г.). «Фрактальная турбулентность, усиливающая горение с низким завихрением». Горение и пламя . 162 (1): 129–143. doi : 10.1016/j.combustflame.2014.07.003 .
^ Гох, ХХХ; Гейпель, П.; Линдстедт, Р.П. (сентябрь 2014 г.). «Предназначенное предварительно смешанное пламя противоположных струй во фрактальной сетке порождает многомасштабную турбулентность». Горение и пламя . 161 (9): 2419–2434. дои : 10.1016/j.combustflame.2014.03.010 . hdl : 10044/1/26010 . S2CID 93650086 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Василикос, JC (2015). «Диссипация в турбулентных потоках» . Ежегодный обзор механики жидкости . 47 (1): 95–114. Бибкод : 2015АнРФМ..47...95В . doi : 10.1146/annurev-fluid-010814-014637 .
^ Кастро, Ян П. (2016). «Диссипативные различия» . Журнал механики жидкости . 788 : 1–4. Бибкод : 2016JFM...788....1C . дои : 10.1017/jfm.2015.630 . ISSN 0022-1120 .

[1] Лайзе, С.; Василикос, JC (январь 2009 г.). «Многомасштабная генерация турбулентности». Журнал многомасштабного моделирования . 01 (1): 177–196. дои : 10.1142/S1756973709000098 .

[2] Мацци, Б.; Василикос, JC (10 марта 2004 г.). «Фрактальная турбулентность». Журнал механики жидкости . 502 : 65–87. Бибкод : 2004JFM...502...65M . CiteSeerX 10.1.1.475.2171 . дои : 10.1017/S0022112003007249 . S2CID 58933525 .

[3] Херст, Д.; Василикос, JC (2007). «Скейлинг и распад фрактальной турбулентности». Физика жидкостей . 19 (3): 035103–035103–31. Бибкод : 2007PhFl...19c5103H . дои : 10.1063/1.2676448 .

[4] Нагата, К.; Сакаи, Ю.; Инаба, Т.; Сузуки, Х.; Терашима, О.; Сузуки, Х. (2013). «Структура турбулентности и перенос кинетической энергии турбулентности в многомасштабной / фрактальной турбулентности». Физика жидкостей . 25 (6): 065102–065102–26. Бибкод : 2013PhFl...25f5102N . дои : 10.1063/1.4811402 .

[5] Торманн, А.; Менево, К. (февраль 2014 г.). «Распад однородной, почти изотропной турбулентности за активными фрактальными сетками». Физика жидкостей . 26 (2): 025112. Бибкод : 2014PhFl...26b5112T . дои : 10.1063/1.4865232 .

[6] Лайзе, Сильвен; Сакаи, Ясухико; Христос Василикос, Дж. (1 декабря 2013 г.). «Специальный выпуск избранных статей второго двустороннего семинара Великобритании и Японии и первого семинара ERCOFTAC по турбулентным потокам, создаваемым / спроектированным многомасштабными / фрактальными способами, Лондон, март 2012 г.» . Исследование гидродинамики . 45 (6): 061001. Бибкод : 2013FlDyR..45f1001L . дои : 10.1088/0169-5983/45/6/061001 .

[7] Недич, Дж., Б. Ганапатисубрамани, Дж. К. Василикос, Дж. Бори, Л. Е. Бриззи, А. Спон. «Аэроакустическое исполнение фрактальных спойлеров » Журнал AIAA 2012.

[8] Кафьеро, Г.; Дискетти, С.; Астарита, Т. (август 2014 г.). «Усиление теплопередачи падающих струй с фрактальной турбулентностью». Международный журнал тепломассообмена . 75 : 173–183. doi : 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.03.049 .

[9] Недич, Ю.; Ганапатисубрамани, Б.; Василикос, JC (1 декабря 2013 г.). «Характеристики сопротивления и ближнего следа плоских пластин, нормальных к потоку, с фрактальной геометрией краев». Исследование гидродинамики . 45 (6): 061406. Бибкод : 2013FlDyR..45f1406N . дои : 10.1088/0169-5983/45/6/061406 . S2CID 119569184 .

[10] Лайзе, С.; Василикос, JC (23 декабря 2014 г.). «Перемешивание и скалярный перенос за счет турбулентности, создаваемой сеткой, при наличии среднего скалярного градиента». Журнал механики жидкости . 764 : 52–75. Бибкод : 2015JFM...764...52L . дои : 10.1017/jfm.2014.695 . hdl : 10044/1/21530 . S2CID 122885256 .

[11] Сузуки, Х.; Нагата, К.; Сакаи, Ю.; Хаясе, Т. (1 декабря 2010 г.). «Прямое численное моделирование турбулентного перемешивания в регулярной и фрактальной сеточной турбулентности». Физика Скрипта . T142 : 014065. Бибкод : 2010PhST..142a4065S . дои : 10.1088/0031-8949/2010/T142/014065 . S2CID 120566583 .

[12] Мансур, Б.; Николло, FCGA; Бек, SBM (июнь 2011 г.). «Фрактальный стабилизатор потока для диафрагменных расходомеров». Измерение расхода и контрольно-измерительные приборы . 22 (3): 208–214. doi : 10.1016/j.flowmeasinst.2011.02.003 .

[13] Вербек, А.А.; Бутен, TWFM; Стоффельс, GGM; Гертс, Б.Дж.; ван дер Меер, TH (январь 2015 г.). «Фрактальная турбулентность, усиливающая горение с низким завихрением». Горение и пламя . 162 (1): 129–143. doi : 10.1016/j.combustflame.2014.07.003 .

[14] Гох, ХХХ; Гейпель, П.; Линдстедт, Р.П. (сентябрь 2014 г.). «Предназначенное предварительно смешанное пламя противоположных струй во фрактальной сетке порождает многомасштабную турбулентность». Горение и пламя . 161 (9): 2419–2434. дои : 10.1016/j.combustflame.2014.03.010 . hdl : 10044/1/26010 . S2CID 93650086 .

[DissipationJCV15-15] Jump up to: ^а ^б ^с Василикос, JC (2015). «Диссипация в турбулентных потоках» . Ежегодный обзор механики жидкости . 47 (1): 95–114. Бибкод : 2015АнРФМ..47...95В . doi : 10.1146/annurev-fluid-010814-014637 .

[16] Кастро, Ян П. (2016). «Диссипативные различия» . Журнал механики жидкости . 788 : 1–4. Бибкод : 2016JFM...788....1C . дои : 10.1017/jfm.2015.630 . ISSN 0022-1120 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]