Geometrical aspects of turbulent/non-turbulent interfaces with and without mean shear
T. Watanabe, C. B. da Silva, K. Nagata, Y. Sakai
Geometrical aspects of turbulent/non-turbulent interfaces with and without mean shear
Physics of Fluids 29(8) 085105 2017
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Abstract
The geometry of turbulent/non-turbulent interfaces (TNTIs) arising from flows with and without mean shear is investigated using direct numerical simulations of turbulent planar jets (PJET) and shear free turbulence (SFT), respectively, with Taylor Reynolds number of about Reλ≈100. In both flows, the TNTI is preferentially aligned with the tangent to the TNTI displaying convex, where the turbulent fluid nearby tends to have a stronger enstrophy, more frequently than concave shapes. The different flow configurations are reflected in different orientations of the TNTI with respect to the flow direction (and its normal). While the interface orientation with respect to the mean flow direction in PJET has an influence on the velocity field near the TNTI and the enstrophy production in the turbulent sublayer, there is no particular discernible dependence on the interface orientation in SFT. Finally, the intense vorticity structures or “worms,” which are possibly associated with “nibbling” entrainment mechanism, “feel” the local geometry of the TNTI, and it is shown that in PJET, a smaller local radius of these structures arises in regions near the TNTI where the local TNTI faces the mean flow direction.
ACKNOWLEDGMENTS
日本語訳 (DeepL翻訳)
平均せん断を伴う／伴わない乱流・非乱流界面の幾何学的性質
テイラーレイノルズ数Reλ≈100の乱流平面噴流（PJET）と無剪断乱流（SFT）の直接数値シミュレーションにより、平均剪断を持つ流れと持たない流れから生じる乱流・非乱流界面（TNTI）の形状を調査する。 . どちらの流れでも、TNTIは凹形状よりも、近くの乱流が強いエンストロフィーを持つ傾向がある凸形状を示す接線に優先的に配向していることがわかった。このような流れの形状の違いは、流れの方向（およびその法線）に対するTNTIの向きの違いに反映される。PJETでは、平均流方向に対する界面の向きがTNTI近傍の速度場と乱流下層のエンストロフィー生成に影響を与えるが、SFTでは界面の向きに特に明確な依存性はない。最後に、"nibbling "エントレインメント機構に関連すると思われる激しい渦度構造または "worm "は、TNTIの局所形状を「感じる」ことができ、PJETでは、局所TNTIが平均流方向を向いているTNTI付近ではこれらの構造の局所半径が小さくなることが示された。
