×
埃琳娜·马兰西;阿什利·P·威利斯。;Rich R.科尔斯韦尔。

通过压平基础剖面来稳定和减少管流阻力。 （英语） Zbl 1421.76102号

J.流体力学。 863, 850-875 (2019); 更正同上，第888号文件，第E1号，第3页（2020年）。
摘要：最近的实验观察[J·Kühnen等，“管道流动中的不稳定湍流”，《自然物理学》。14，第4号，386–390（2018年；doi:10.1038/s41567-017-0018-3)]已经表明，在管流中压平紊流流向速度剖面会使紊流不稳定，从而使流动松弛。我们表明，层流管流剖面也存在类似的现象，即随着剖面变得更加平坦，层流状态的非线性稳定性增强。层流基底轮廓的展平是由一个人工的局部物体力产生的，该力旨在模拟实验中使用的障碍物J·Kühnen等人[“通过稳定修改管道中的流向速度剖面实现重新定标”，《流量涡轮机》，Combust.100，第4期，919–943（2018；doi:10.1007/s10494-018-9896-4)]非线性稳定性由触发跃迁所需的初始扰动能量的大小来衡量。当湍流由足够大的扰动触发时，也观察到显著的阻力降低。为了提高非线性稳定性计算的效率，我们研究了最小种子——跃迁最小能量的扰动——在测量跃迁阈值时的指示性。我们首先表明最小种子对基剖面变化和光谱滤波相对稳健。然后，我们将最小种子的（非受迫）过渡行为与雷诺数范围内的几种形式的随机初始条件进行了比较（Re=2400-10，000）并发现最小种子在其演化的Orr和斜向阶段之后的能量接近于临界局部化随机扰动的能量。从这个意义上讲，斜相位末端的最小种子可以被视为典型扰动（此处被视为局部随机扰动）的良好代理，因此被用作物体力模拟的初始条件。本研究中预测的增强非线性稳定性和减阻是Kühnen等人[loc.cit.]的实验建模中令人鼓舞的第一步，应推动未来的发展，以充分利用这一有希望的流量控制方向的好处。

引用于三评论
引用于8文件

MSC公司：

76F06型 过渡到湍流
76F10层 剪切流和湍流

关键词：

过渡到湍流

软件：

开放式管道流量
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{E.Marensi}等人，《流体力学杂志》。863850-875（2019年；兹比尔1421.76102）
全文： 内政部 arXiv公司 链接

参考文献：

[1] Auteri，F。；Baron，A。；贝兰，M。；坎帕纳迪，G。；Quadrio，M.，湍流管流中行波减阻的实验评估，Phys。流体，22，11，（2010）
[2] 阿维拉，K。；莫西·D·。；De Lozar，A。；阿维拉，M。；Barkley，D。；Hof，B.，《管流中湍流的开始》，《科学》，333192-196，（2011）·Zbl 1411.76035号
[3] Bewley，T.R.，流量控制：新复兴的新挑战，Prog。Aerosp.航空公司。科学。，37, 1, 21-58, (2001)
[4] 布拉修斯，H.1913Dasähnlichkeitsgesetz bei reibungsvorgängen in flüssigkeiten。在Mitteilungenüber Forschungsarbeiten auf dem Gebiete des Ingenieurwesens，第1-41页。斯普林格。
[5] Brandt，L.，《升力效应：剪切流中过渡和湍流背后的线性机制》，《欧洲力学杂志》。（B/液体），47，80-96，（2014）·Zbl 1297.76073号
[6] Cherubini，S。；德帕尔马，P。；Robinet，J.-Ch.，《渐近吸力边界层中的非线性最优：过渡阈值和对称破缺》，《物理学》。流体，27，3，（2015）
[7] Cherubini，S。；德帕尔马，P。；Robinet，J.-Ch。；Bottaro，A.，边界层中接近混沌边缘的纯非线性过渡路径，Fluid Dyn。决议，44，3，（2012）·Zbl 1309.76075号
[8] Cherubini，S。；Palma，P.D.，库特流中接近混沌边缘的最小扰动，流体动力学。决议，46，4，（2014）
[9] Choi，H。；梅因，P。；Kim，J.，用于减少壁面流动阻力的主动湍流控制，J.流体力学。，262, 75-110, (1994) ·Zbl 0800.76191号
[10] Choi，J.-I。；徐，C.-X。；Sung，H.J.，壁面湍流中沿展向壁面振荡减阻，AIAA，40，5，842-850，（2002）
[11] Choi，K.-S。；Graham，M.，《通过圆壁振荡降低湍流管流阻力》，Phys。流体，10，1，7-9，（1998）
[12] Darbyshire，A.G。；Mullin，T.，恒定流量管道流中的湍流过渡，J.流体力学。，289, 83-114, (1995)
[13] 达格尔比，A。；鲍尔，K.S。；Paul，M.R.，《展向壁面振荡对湍流管流结构的影响，从而降低阻力》，Phys。流体，19，12，（2007）·兹比尔1182.76221
[14] Duguet，Y。；Monokrousos，A。；勃兰特，L。；Henningson，D.S.，平面Couette流中的最小跃迁阈值，物理学。流体，25，8，（2013）
[15] 埃克哈特，B。；施耐德，T.M。；Hof，B。；Westerweel，J.，管流中的湍流转换，年度。流体力学版次。，29, 447-468, (2007) ·Zbl 1296.76062号
[16] Fadlun，E.A。；Verzicco，R。；奥兰迪，P。；Mohd Yusof，J.，用于三维复杂流动模拟的组合浸没边界有限差分方法，J.Comput。物理。，161, 1, 35-60, (2000) ·Zbl 0972.76073号
[17] He，S。；He，K。；Seddighi，M.，《由于流向体力导致的低雷诺数流动分层》，《流体力学杂志》。，809, 31-71, (2016) ·Zbl 1383.76228号
[18] Hof，B。；De Lozar，A。；阿维拉，M。；屠呦呦，X。；Schneider，T.M.，《消除空间间歇流中的湍流》，《科学》，327，5972，1491-1494，（2010）
[19] Hof，B。；Juel，A。；Mullin，T.，管道中湍流过渡阈值的缩放，Phys。修订稿。，91, (2003) ·Zbl 1049.76511号
[20] Högberg，M。；Bewley，T.R。；Henningson，D.S.，平面通道流中线性反馈控制和过渡估计，流体力学杂志。，481, 149-175, (2003) ·Zbl 1163.76353号
[21] Jovanović，M.R.，通过小振幅横向壁振荡抑制河道水流中的湍流，Phys。流体，20，1，（2008）·Zbl 1182.76359号
[22] 北卡萨吉。；铃木，Y。；Fukagata，K.，基于微机电系统的湍流反馈控制，以减少表面摩擦，年。流体力学版次。，41, 231-251, (2009) ·Zbl 1157.76022号
[23] Kerswell，R.R.，《理解管道中湍流过渡的最新进展》，非线性，18，R17-R44，（2005）·Zbl 1084.76033号
[24] Kerswell，R.R.，非线性非模态稳定性理论，年。流体力学版次。，50, 1, 319-345, (2018) ·Zbl 1384.76022号
[25] 科尔斯韦尔，R.R。；普林格尔，C.C.T。；Willis，A.P.，以流体中过渡到湍流的非线性稳定性分析的优化方法为例，Rep.Prog。物理。，77, 8, (2014)
[26] Kim，J。；Bewley，T.R.，流量控制的线性系统方法，年。流体力学版次。，39, 383-417, (2007) ·Zbl 1296.76074号
[27] Kim，J。；梅因，P。；Moser，R.，低雷诺数下充分发展的通道流中的湍流统计，J.流体力学。，177, 133-166, (1987) ·Zbl 0616.76071号
[28] Kühnen，J。；斯卡塞利，D。；Schaner，M。；Hof，B.，通过稳定修改管道中的流向速度剖面进行重新分级，Flow Turbul。库布斯特。，100, 4, 919-943, (2018)
[29] Kühnen，J。；Song，B。；斯卡塞利，D。；Budanur，N.B。；里德尔，M。；A.威利斯。；阿维拉，M。；Hof，B.，《管流中的不稳定湍流》，《自然物理学》。，14, 4, 386-390, (2018)
[30] Lee，C。；Kim，J。；Choi，H.，用于减阻的湍流通道流次优控制，J.流体力学。，358, 245-258, (1998) ·Zbl 0907.76039号
[31] Lumley，J。；Blossey，P.，《湍流控制》，年。流体力学版次。，30, 1, 311-327, (1998) ·Zbl 1398.76083号
[32] 梅利博夫斯基，F。；Meseguer，A.，《管流过渡临界阈值》，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 367、1888、545-560（2009）·Zbl 1221.76096号
[33] 莫拉里夫（Moarref，R.）。；Jovanović，M.R.，通过流向行波控制湍流的开始。第1部分。接受度分析，J.流体力学。，663, 70-99, (2010) ·Zbl 1205.76129号
[34] Mullin，T.，《管道中湍流过渡的实验研究》，年。流体力学版次。，43, 1-24, (2011) ·Zbl 1210.76005号
[35] 裴新浩，J。；Mullin，T.，《管流过渡的有限振幅阈值》，《流体力学杂志》。，582, 169-178, (2007) ·Zbl 1114.76304号
[36] Pfenninger，W.1961高雷诺数下管道入口长度的过渡。《边界层和流量控制》（ed.Lachmann，G.V.），第970-980页。佩加蒙。
[37] Pope，S.B.，《湍流》（2000），剑桥大学出版社·Zbl 0966.76002号
[38] 普林格尔，C.C.T。；Kerswell，R.R.，《使用非线性瞬态增长构建剪切流湍流的最小种子》，Phys。修订稿。，105, (2010)
[39] 普林格尔，C.C.T。；Willis，A.P。；Kerswell，R.R.，《剪切流湍流的最小种子：使用非线性瞬态增长接触混沌边缘》，《流体力学杂志》。，702, 415-443, (2012) ·Zbl 1248.76075号
[40] Quadrio，M.，通过面内壁面运动减少湍流边界层阻力，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 369，1940，1428-1442，（2011）
[41] 克里奥，M。；Sibilla，S.，《管道内绕轴振荡湍流的数值模拟》，J.流体力学。，424, 217-241, (2000) ·Zbl 0994.76037号
[42] 拉宾，S.M.E。；Caulfield，C.P。；Kerswell，R.R.，通过边界操纵设计更非线性稳定的层流，J.Fluid Mech。，738, 1-12, (2014)
[43] 南卡罗来纳州雷迪。；施密德·P·J。；Baggett，J.S。；Henningson，D.S.，《平面槽道流动中流向条纹和过渡阈值的稳定性》，《流体力学杂志》。，365, 269-303, (1998) ·Zbl 0927.76029号
[44] Reynolds，O.，《确定水的运动是直线运动还是曲折运动的环境的实验研究》，Proc。R.Soc.伦敦。A、 174935-982（1883）
[45] 施密德·P·J。；Henningson，D.S.，《剪切流中的稳定性和转变》，第142卷，（2012），Springer Science&Business Media
[46] 施耐德，T.M。；Eckhardt，B.，过渡管流中的寿命统计，Phys。修订版E，78，4，（2008）·Zbl 1189.76255号
[47] 肖帕，W。；Hussain，F.，近壁湍流相干结构生成，J.流体力学。，453, 57-108, (2002) ·Zbl 1141.76408号
[48] Trefethen，L.N.，Chapman，S.J.，Henningson，D.S.，Meseguer，A.，Mullin，T.&Nieuwstadt，F.T.2000管道中湍流过渡的阈值振幅。数字。分析。代表00/17牛津大学计算机实验室。
[49] Waleff，F.，《关于剪切流中的自我维持过程》，Phys。流体，9883-900，（1997）
[50] Willis，A.P.，《Openpipeflow Navier-Stokes解算器》，SoftwareX，6，124-127，（2017）
[51] Willis，A.P。；黄，Y。；Cossu，C.，Optimally放大了湍流管流中的大规模条纹和减阻，Phys。版本E，82，（2010）
[52] Willis，A.P。；裴新浩，J。；科尔斯韦尔，R.R。；Mullin，T.，《管流过渡的实验和理论进展》，Phil.Trans。R.Soc.伦敦。A、 3662671-2684（2008）·Zbl 1153.76313号
[53] Wygnanski，I.J。；香槟，F.H.，在管道中转换。第1部分。《喷气和段塞的起源以及湍流段塞中的流动》，J.流体力学。，59, 281-335, (1973)
[54] 徐，C.-X。；Choi，J.-I。；Sung，H.J.，湍流管流减阻的次优控制，流体动力学。研究，30，4，217-231，（2002）
[55] 尤德斯特拉，I。；Skote，M.，《振荡壁上湍流边界层的直接数值模拟》，J.Turbul。，12、N9（2011）
[56] 周，D。；Ball，K.S.，《通过沿翼展方向的壁面振动减少湍流阻力》，《国际工程杂志》。，21, 1, 85, (2008)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。