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Scaling of statistics in wall-bounded turbulent flows - 23/05/12

Doi : 10.1016/j.crme.2012.02.005 
L. Keirsbulck a, b, G. Fourrié a, b, L. Labraga a, b, M. Gad-el-Hak c,
a Univ. Lille Nord de France, 59000 Lille, France 
b UVHC, TEMPO, 59313 Valenciennes, France 
c Department of Mechanical & Nuclear Engineering, Virginia Commonwealth University, Richmond, VA 23284-3015, USA 

Corresponding author.

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Abstract

High-resolution laser Doppler anemometry (Lda) and hot-wire anemometry (Hwa) measurements are utilized to study a zero-pressure-gradient turbulent boundary layer over the range of momentum thickness Reynolds number of 1170–3720. The primary objective is to investigate the near-wall behavior of this type of flow. We are particularly interested in possible Reynolds- and Kármán-number dependencies. The experimental results are in excellent agreement with most recent direct numerical simulations (Dns), which allow direct comparison of detailed results such as peak value and position of streamwise Reynolds stress, wall values of skewness and flatness factors, and turbulence dissipation rate. Systematic changes of some of these parameters with Kármán number are found when scaled with the inner parameters. A remedy seems to be the alternative mixed scaling that is based on  , instead of  , which admits direct influence of the outer velocity scale on the wall parameters.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Des mesures dʼanémométrie laser (Ldv) et fil chaud haute résolution ont été utilisées pour étudier la couche limite turbulente sans gradient de pression pour des nombres de Reynolds, basés sur lʼépaisseur de quantité de mouvement, compris entre 1170 et 3720. Lʼobjectif de cette étude vise à analyser le comportement de cet écoulement en région de proche paroi. Nous nous sommes particulièrement intéressés à une éventuelle dépendance vis-à-vis des nombres de Reynolds et de Kármán. Les résultats expérimentaux sont en excellent accord avec les simulations numériques directes (Dns) les plus récentes, ce qui permet une comparaison fine avec certaines quantités telles la valeur et la position du maximum de la tension de Reynolds, les facteurs de dissymétrie et dʼaplatissement en région de proche paroi et le taux de dissipation turbulente. Une dépendance systématique au nombre de Kármán de ces quantités est observée lorsque lʼadimensionnement en variables internes est utilisé. Une alternative possible consiste à utiliser des variables mixtes basées sur   plutôt que sur  , celles-ci présentant lʼavantage de prendre en compte les échelles externes dans lʼadimensionnement des paramètres pariétaux.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Turbulence, Wall-bounded flows, Lda & Hwa measurements, Scaling

Mots-clés : Turbulence, Écoulements turbulents pariétaux, Mesures anémométriques laser et fil chaud, Lois dʼéchelle


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Vol 340 - N° 6

P. 420-433 - juin 2012 Retour au numéro
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