Implicit large eddy simulation of a scalar mixing layer in fractal grid turbulence

T. Watanabe, Y. Sakai, K. Nagata, Y. Ito, T. Hayase
Implicit large eddy simulation of a scalar mixing layer in fractal grid turbulence
Physica Scripta 91(7) 74007 2016

This article may be found at https://doi.org/10.1088/0031-8949/91/7/074007.

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Abstract

A scalar mixing layer in fractal grid turbulence is simulated by the implicit large eddy simulation (ILES) using low-pass filtering as an implicit subgrid-scale model. The square-type fractal grid with three fractal iterations is used for generating turbulence. The streamwise evolutions of the streamwise velocity statistics obtained in the ILES are in good agreement with the experimental results. The ILES results are used for investigating the development of the scalar mixing layer behind the fractal grid. The results show that the vertical development of the scalar mixing layer strongly depends on the spanwise location. Near the fractal grid, the scalar mixing layer rapidly develops just behind the largest grid bars owing to the vertical turbulent transport. The scalar mixing layer near the fractal grid also develops outside the largest grid bars because the scalar is transported between the outside and back of the largest grid bars by the spanwise turbulent transport. In the downstream region, the scalar mixing layer develops more rapidly near the grid centerline by the vertical turbulent transport and by the spanwise one which transports the scalar between the back of the largest grid bars and both the centerline and outer edge of the fractal grid. Then, the mean scalar profile becomes close to be homogeneous in the spanwise direction.

日本語訳 (DeepL翻訳)

フラクタル格子乱流におけるスカラー混合層の陰的ラージ・エディ・シミュレーション

フラクタル格子乱流中のスカラー混合層を、陰的サブグリッドスケールモデルとしてローパスフィルターを用いた陰的ラージ・エディ・シミュレーション（ILES）により解析した。乱流の生成には3回のフラクタル反復を行う正方形タイプのフラクタル格子を使用した．ILESで得られた速度統計量の流れ方向の発展は、実験結果とよく一致した。ILESの結果は、フラクタルグリッド後方のスカラー混合層の発達を調べるために使用さ れた。その結果、スカラー混合層の鉛直方向の発達はスパン方向の位置に強く依存することがわかった。フラクタル格子近傍では、垂直方向の乱流輸送により、最大格子棒の直後でスカラー混合層が急速に発達する。また、フラクタル格子近傍のスカラー混合層は、スパン方向の乱流輸送によってスカラーが最大格子棒の外側と後ろとの間で輸送されるため、最大格子棒の外側にも発達する。下流域では、格子中心線付近では、鉛直方向の乱流輸送と、最大格子棒の背面とフラクタル格子の中心線および外縁の間でスカラーを輸送するスパン方向の乱流輸送によって、より急速にスカラー混合層が発達する。その結果, 平均スカラー分布は格子幅方向で均質に近くなる.

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