Multi-particle dispersion during entrainment in turbulent free-shear flows

-

T. Watanabe, C. B. da Silva, K. Nagata
Multi-particle dispersion during entrainment in turbulent free-shear flows
Journal of Fluid Mechanics 805(R1) R1-12 2016

This article may be found at https://doi.org/10.1017/jfm.2016.558.

Accepted manuscript is available here. 
This version is free to view and download for private research and study only. 

Abstract

Multi-particle dispersion is studied using direct numerical simulations of temporally evolving mixing layers and planar jets for tetrahedra consisting of four fluid particles which are seeded in the turbulent regions or in the non-turbulent regions near the turbulent/non-turbulent interface (TNTI). The modified Richardson law for decaying turbulence is observed for particle pairs. The size dependence of the mean and relative motions of the entrained tetrahedra indicates that the characteristic length scale of the entrained lumps of fluid is approximately 10 times the Kolmogorov microscale. When the tetrahedra move within the TNTI layer they are flattened and elongated by vortex stretching at a deformation rate that is characterized by the Kolmogorov time scale. The shape evolutions of the tetrahedra show that in free-shear flows, thin-slab structures of advected scalars are generated within the TNTI layers.

日本語訳 (DeepL翻訳)

乱流自由剪断流中におけるエントレインメントによる多粒子拡散

乱流領域あるいは乱流・非乱流界面(TNTI)近傍の非乱流領域に播種した4つの流体粒子からなる四面体について、時間発展する混合層と平面噴流の直接数値シミュレーションを用いて、多粒子分散を調べた。粒子対の場合、減衰性乱流に対する修正リチャードソン則が観測された。巻き込まれた四面体の平均運動と相対運動のサイズ依存性から、巻き込まれた流体の塊の特徴的な長さスケールはKolmogorovのマイクロスケールの約10倍であることが示された。四面体はTNTI層内を移動するとき、コルモゴロフ時間スケールで特徴づけられる変形速度で渦の伸張により平坦化・伸長される。四面体の形状変化は、自由せん断流において、TNTI層内に移流スカラーの薄いスラブ構造が生成されることを示す。


GD

このブログの人気の投稿

The response of small-scale shear layers to perturbations in turbulence

-
K. Nakamura, T. Watanabe, and K. Nagata The response of small-scale shear layers to perturbations in turbulence Journal of Fluid Mechanics, 963 A31 2023 (Open Access) This article may be found at https://doi.org/10.1017/jfm.2023.316 . The article is also available  here .  Abstract The perturbation response of small-scale shear layers in turbulence is investigated with direct numerical simulations (DNS). The analysis of shear layers in isotropic turbulence suggests that the typical layer thickness is about four times the Kolmogorov scale η. Response for sinusoidal perturbations is investigated for an isolated shear layer, which models a mean flow around the shear layers in turbulence. The vortex formation in the shear layer is optimally promoted by the perturbation whose wavelength divided by the layer thickness is about 7. These results indicate that the small-scale shear instability in turbulence is efficiently promoted by velocity fluctuations with a wavelength of about 30η. Further
Read more »

WindowsにOpenFOAMを導入する（授業用）

-
イメージ
（2022年7月版） 書き間違いがあるかもしれないので鵜呑みにしないこと WindowsでOpenFOAM（https://www.openfoam.com/）を動かすための設定手順を紹介します。Windows Subsystem for Linux（WSL）を使ってUbuntu上でOpenFOAMを動かす方法もありますが、初めてLinuxを使う人には難しそうでした。今回はOpenFOAMのMinGWクロスコンパイル版を使います。手順通り進めればこれまでLinuxを使ったことがない人でもできるはずなので、授業の演習などでも使えると思います。 インストール環境：Windows 10、Windows 11 OpenFOAMのインストール 1. OpenFOAMのHPからMinGWクロスコンパイル版のインストーラをダウンロードする https://www.openfoam.com/download/openfoam-mingw-cross-compilation 2. ダウンロードしたファイル”OpenCFD-OpenFOAM-v2012-DP-mingw-crosscompiled-WindowsInstaller.exe”を 右クリック→管理者として実行 　 管理者として実行しないとOpenFOAMが動かない 3. インストーラの指示通り全てインストールする OpenFOAMの実行～初期設定 4. デスクトップにできたOpenFOAMのアイコンをダブルクリックして実行 インストールに問題がなければ以下のような画面が現れます ＊Linuxのコマンドで操作する cd “ディレクトリ名” [Enter] ：[ディレクトリ名]に移動 cd ..    [Enter] ：一つ上のディレクトリに移動 ls  [Enter] ：ファイル一覧を表示         pwd [Enter] ：現在のディレクトリを表示  　　など OpenFOAMのディレクトリとWindowsのフォルダを対応付ける OpenFOAMのディレクトリがWindowsでは使いづらいところにあるので、Cドライブ直下のフォルダからOpenFOAMのディレクトリを参照できるようにします。 以下、 オレンジ背景の文字 はOpenFOAM上で入力するコマンドです。 5
Read more »

Reynolds number dependence of the turbulent/non-turbulent interface in temporally developing turbulent boundary layers

-
X. Zhang, T. Watanabe, and K. Nagata Reynolds number dependence of the turbulent/non-turbulent interface in temporally developing turbulent boundary layers Journal of Fluid Mechanics, 964 A8 2023 This article may be found at  https://doi.org/10.1017/jfm.2023.329 . Accepted manuscript is available here.  This version is free to view and download for private research and study only.  Abstract Direct numerical simulations (DNS) of temporally developing turbulent boundary layers are performed with a wide range of Reynolds numbers based on the momentum thickness  Reθ=2000-13000 for investigating the Reynolds number dependence of the turbulent/non-turbulent interface (TNTI) layer. The grid spacing in the DNS is determined carefully such that small-scale turbulent motions near the TNTI are well resolved. The outer edge of the TNTI layer, called the irrotational boundary, is detected with vorticity magnitude. The mean thicknesses of the TNTI layer, δTNTI, turbulent sublayer,  δTSL , and viscou
Read more »