Homogeneous turbulence in a random-jet-stirred tank
Homogeneous turbulence in a random-jet-stirred tank
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随机喷射搅拌槽中的均匀湍流
DOI：
10.1007/s00348-023-03721-9
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发表时间：
2023
影响因子：
2.4
通讯作者：
Pujara, Nimish
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bang, Joo Young;Pujara, Nimish
本文研究了垂直八棱柱形槽内的随机射流搅拌均匀湍流，槽内八个垂直面中有四个面上有射流阵列。我们表明，湍流是均匀的，在所有尺度的中央区域的坦克，跨越多个积分尺度在各个方向上。在水平方向上的四个侧面的射流强迫保证在水平面内的各向同性，但导致更多的能量在水平波动相比，垂直波动。这种水平和垂直波动之间的各向异性在较小的尺度上减小，因此惯性和耗散范围统计显示各向同性行为。使用四个射流阵列，使我们能够实现更高的湍流强度和雷诺数与较短的射流合并距离相比，以前的设施与两个面向阵列。通过改变阵列到阵列的距离，驱动随机射流搅拌的算法的参数，以及每个射流出口的附件，我们表明，我们能够改变湍流尺度和雷诺数。我们提供的湍流波动速度，积分尺度和耗散率的标度关系，我们展示了如何这些尺度的运动主要是由单个射流的属性和它们的动量与距离从喷嘴的扩散。最后，我们研究了湍流速度谱中的单个射流的签名，并报告了单个射流未与背景湍流完全混合的条件下，产生与射流强迫时间尺度相关的谱峰和相应的频率。
We report an investigation into random-jet-stirred homogeneous turbulence generated in a vertical octagonal prism-shaped tank where there are jet arrays on four of the eight vertical faces. We show that the turbulence is homogeneous at all scales in the central region of the tank that span multiple integral scales in all directions. The jet forcing from four sides in the horizontal direction guarantees isotropy in horizontal planes but leads to more energy in the horizontal fluctuations compared with the vertical fluctuations. This anisotropy between the horizontal and vertical fluctuations decreases at smaller scales, so that the inertial and dissipation range statistics show isotropic behavior. Using four jet arrays allows us to achieve higher turbulence intensity and Reynolds number with a shorter jet merging distance compared to previous facilities with two-facing arrays. By changing the array-to-array distance, the parameters of the algorithm that drives random-jet stirring, and attachments to the exits of each jet, we show that we are able to vary the turbulence scales and Reynolds number. We provide scaling relations for the turbulent fluctuation velocity, integral scale, and dissipation rate, and we show how these scales of motion are primarily determined by the properties of individual jets and the diffusion of their momentum with distance from the nozzles. Finally, we examine the signatures of individual jets in the turbulent velocity spectra and report the conditions under which individual jet flows, not fully mixed with the background turbulence, produce a spectral peak and the corresponding frequency associated with the jet forcing timescale.
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DOI：
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发表时间：
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