Accurate near-wall measurements in wall bounded flows with optical flow velocimetry via an explicit no-slip boundary condition
Accurate near-wall measurements in wall bounded flows with optical flow velocimetry via an explicit no-slip boundary condition
复制标题
通过明确的无滑移边界条件，利用光流测速技术对壁面有界流进行精确的近壁测量
DOI：
10.1088/1361-6501/acf872
复制
发表时间：
2023
影响因子：
2.4
通讯作者：
Schmidt, Bryan E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jassal, Gauresh Raj;Schmidt, Bryan E.
在壁面边界流体流动中的高保真近壁速度测量仍然是一个挑战，并且对现有实验数据的限制使我们对湍流边界层中近壁速度行为的理解变得模糊。其中一个挑战是基于互相关的粒子图像测速（PIV）方法固有的空间平均和有限的空间分辨率。为了规避这个困难，我们实现了一个明确的无滑移边界条件的基于小波的光流测速（wOFV）方法。据发现，无滑移边界条件的速度场可以实现wOFV通过变换的约束，通过一系列的代数线性变换，这是制定在已知的小波滤波器矩阵，然后满足所产生的约束的小波系数使用约束优化的光流泛函最小化。开发的方法，然后用于研究的经典问题的湍流槽道流使用合成数据从直接数值模拟（DNS）和实验粒子图像数据从零压力梯度，高雷诺数湍流边界层。通过成功地实现无滑移边界条件所获得的结果进行比较，从wOFV的速度测量无滑移条件和商业PIV代码，使用从DNS的速度作为地面真理。发现具有无滑移条件的wOFV成功地解决了近壁轮廓，与其他测速方法相比具有更高的精度，以及其他导出的量，例如壁剪切和湍流强度，而不会牺牲远离壁的精度，从而导致最先进的测量。
High fidelity near-wall velocity measurements in wall bounded fluid flows continue to pose a challenge and the resulting limitations on available experimental data cloud our understanding of the near-wall velocity behavior in turbulent boundary layers. One of the challenges is the spatial averaging and limited spatial resolution inherent to cross-correlation-based particle image velocimetry (PIV) methods. To circumvent this difficulty, we implement an explicit no-slip boundary condition in a wavelet-based optical flow velocimetry (wOFV) method. It is found that the no-slip boundary condition on the velocity field can be implemented in wOFV by transforming the constraint to the wavelet domain through a series of algebraic linear transformations, which are formulated in terms of the known wavelet filter matrices, and then satisfying the resulting constraint on the wavelet coefficients using constrained optimization for the optical flow functional minimization. The developed method is then used to study the classical problem of a turbulent channel flow using synthetic data from a direct numerical simulation (DNS) and experimental particle image data from a zero pressure gradient, high Reynolds number turbulent boundary layer. The results obtained by successfully implementing the no-slip boundary condition are compared to velocity measurements from wOFV without the no-slip condition and to a commercial PIV code, using the velocity from the DNS as ground truth. It is found that wOFV with the no-slip condition successfully resolves the near-wall profile with enhanced accuracy compared to the other velocimetry methods, as well as other derived quantities such as wall shear and turbulent intensity, without sacrificing accuracy away from the wall, leading to state of the art measurements in the
登录
查看更多内容
影响因子：
2.4
作者：
B. Schmidt;J. Sutton
通讯作者：
J. Sutton
PIV 在湍流边界层流中的应用
DOI：
--
发表时间：
2001
期刊：
影响因子：
--
作者：
K. Angele;B. Muhammad
通讯作者：
B. Muhammad
减轻 PIV 测量中的表面反射
DOI：
--
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
作者：
E. Paterna;P. Moonen;V. Dorer;J. Carmeliet
通讯作者：
J. Carmeliet
校正：基于小波的光流 (wOFV) 对误差源的敏感性
DOI：
10.2514/6.2021-0123
发表时间：
2020
期刊：
AIAA Scitech 2021 Forum
影响因子：
--
作者：
B. Schmidt;Wayne E. Page;J. Sutton
通讯作者：
J. Sutton
基于小波的光流测速 (wOFV) 应用于自由剪切流示踪粒子图像的实验评估
DOI：
--
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
--
作者：
Wayne E. Page;B. Schmidt;J. Sutton
通讯作者：
J. Sutton