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An objective perspective for classic flow classification criteria - 07/01/16

Doi : 10.1016/j.crme.2015.08.002 
Ramon S. Martins a , Anselmo Soeiro Pereira a , Gilmar Mompean a, , Laurent Thais a , Roney Leon Thompson b
a Université de Lille-1 – Sciences et Technologies, Polytech'Lille, and Laboratoire de mécanique de Lille (LML), UMR–CNRS 8107, Cité scientifique, 59655 Villeneuve-d'Ascq cedex, France 
b Laboratório de Mecânica Teórica Aplicada (LMTA), Department of Mechanical Engineering, Universidade Federal Fluminense, Rua Passo da Pátria 156, Niterói, RJ 24210-240, Brazil 

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Abstract

Four classic criteria used to the classification of complex flows are discussed here. These criteria are useful to identify regions of the flow related to shear, elongation or rigid-body motion. These usual criteria, namely Q, Δ,   and  , use the fluid's rate-of-rotation tensor, which is known to vary with respect to a reference frame. The advantages of using objective (invariant with respect to a general transformation on the reference frame) criteria are discussed in the present work. In this connection, we construct versions of classic criteria replacing standard vorticity, a non-objective quantity, by effective vorticity, a rate-of-rotation tensor with respect to the angular velocity of the eigenvectors of the strain-rate tensor. The classic criteria and their corresponding objective versions are applied to classify two complex flows: the transient ABC flow and the flow through the abrupt 4:1 contraction. It is shown that the objective versions of the criteria provide richer information on the kinematics of the flow.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Résumé

Quatre critères classiques utilisés pour la classification des écoulements complexes sont étudiés ici. Ces critères sont utiles pour identifier les régions de l'écoulement liées au cisaillement, à l'extention ou au mouvement de corps rigides. Ces critères habituels, à savoir Q, Δ,   and  , utilisent le tenseur taux de rotation du fluide, qui est connu pour varier par rapport au système de référence. Les avantages qu'il y a à utiliser des critères objectifs (invariants par rapport à une transformation générale pour un système de référence) sont discutés dans le present travail. À cet égard, nous construisons des versions des critères classiques en remplaçant la vorticité standard, une quantité non objective, par la vorticité effective, un taux de rotation par rapport à la vitesse angulaire des vecteurs propres du tenseur taux de déformation. Les critères classiques et leurs versions objectives correspondantes sont appliqués pour classifier deux écoulements complexes : l'écoulement ABC transitoire et l'écoulement à travers une contraction brusque 4:1. Les versions objectives de ces critères fournissent des informations plus riches pour la cinématique de l'écoulement.

Il testo completo di questo articolo è disponibile in PDF.

Keywords : Objectivity, Flow classification, ABC flow, Contraction, Vortex identification

Mots-clés : Objectivité, Classification d'écoulements, Écoulement ABC, Contraction, Identification de tourbillons


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Vol 344 - N° 1

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