Numerical investigation of transitional flow in co- and counter-rotating annular cavity

• Autorzy: Tuliszka-Sznitko E. , Zieliński A.

Warianty tytułu

PL

Badanie przejścia laminarno-turbulentnego pomiędzy dyskami wirującymi w konfiguracji wirnik/wirnik

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A 3D direct numerical simulation is performed to study the transitional flow in co- and counter-rotating annular cavity of the aspect ratio 5. The identification and characterization of mechanisms related to the laminar-turbulent process in rotating cavities should improve the prediction methods and lead to new, more effective boundary layer control strategies. Numerical computations are based on the pseudo-spectral Chebyshev-Fourier method for solving the incompressible Navier-Stokes equation. The numerical computations allow one to describe the steady axisymmetric basic state and 3D instability structures which appear in the transitional flow. The DNS computations are interpreted in the light of our LSA results. Moreover, the absolute instability regions are theoretically identified and the critical Reynolds numbers of the convective/absolute transition in both layers are given.

PL

W pracy badany jest metodą bezpośrednią przepływ nieściśliwy w przestrzeni pomiędzy dwoma wirującymi tarczami i dwoma wirującymi pierścieniami. Do obliczeń numerycznych zastosowano metodę spektralnej kolokacji bazującą na szeregach Czebyszewa i szeregu Fouriera. Obliczenia przeprowadzono dla współczynnika rozciągłości obszaru L = 5 i współczynnika krzywizny Rm = 1.5 i 3.0. Badania wykazały olbrzymią złożoność badanego przepływu i różnorodność struktur niestabilnościowych występujących w obszarze przejścia laminarno-turbulentnego. Badania bezpośrednie (DNS) uzupełnione zostały badaniami teoretycznymi (LSA), które umożliwiły między innymi wyznaczenia w przestrzeni pomiędzy wirującymi tarczami obszarów o niestabilności absolutnej .

Słowa kluczowe

EN

laminar-turbulent transition; rotating cavity; direct method

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 44 nr 2
• Strony: 405--420
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Tuliszka-Sznitko E.

autor

Zieliński A.

• Institute of Thermal Engineering, Technical University of Poznań,

Bibliografia

• 1. Briggs R.J., 1964, Electron-Steam Interaction with Plasmas, Chap. 2, MTT Press
• 2. Dijkstra D., van Heijst G., 1983, The ow between finite rotating discs enclosed by a cylinder, J. Fluid Mech., 128, 123, 123-154
• 3. Gauthier G., Gondret P., Moisy F., Rabaut M., 2002, Instabilities in the ow between co- and counter-rotating disks, J. Fluid Mech., 473, 1-21
• 4. Itoh M., 1991, On the instability of the ow between coaxial rotating disks, In: Boundary Layer Stability and Transition to Turbulence, ASME FED, 114, 83
• 5. Lingwood R., 1997, Absolute instability of the Ekman layer and related rotating flows, J. Fluid. Mech., 331, 405, 405-428
• 6. Lopez J., Hart J., Marques F., Kittelman S., Shen J., 2002, Instability and mode interactions in a differentially driven rotating cylinder, J. Fluid Mech., 462, 383-409
• 7. Mochizuki et al., 1983, Heat transfer mechanisms and performance in multiple parallel disk assemblies, Trans. ASME, J. Heat Transfer, 105, 598-604
• 8. Owen J., Rogers R., 1995, Heat transfer in rotating disc systems, In: Rotating Cavity, Vol. 2, W.D. Morris (edit.), Wiley
• 9. Schouveiler L., Le Gal P., Chauve P., 2002, Instabilities of the ow between a rotating and stationary disk, J. Fluid Mech., 443, 329-350
• 10. Schouveiler L., Le Gal P., Chauve P., Takeda Y., 1999, Spiral and circular waves in the ow between a rotating and a stationary disc, Experiments in Fluids, 26, 179
• 11. Serre E., Crespo del Arco E., Bontoux J., 2001, Annular and spiral patters in ow between rotating and stationary disks, J. Fluid. Mech., 434, 65, 65-100
• 12. Serre E., Tuliszka-Sznitko E., Bontoux P., 2004, Coupled numerical and theoretical study of the ow transition between a rotating and stationary disk, Phys. of Fluids, 16, 3
• 13. Soong C.Y., 1996, Theoretical analysis for axisymmetric mixed convention between rotating coaxial disks, Int. J. Heat Mass Transfer, 39, 8, 1569-1583
• 14. Szeri A., Giron A., Schneider S., Kaufman H., 1983, Flow between rotating disks, Part II. Stability, J. Fluid Mech., 443, 329-350
• 15. Tuliszka-Sznitko E, Soong C.Y., 2000, Instability of non-isothermal ow between coaxial rotating disks, Proceedings of European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, Barcelona
• 16. Tuliszka-Sznitko E., Serre E., Bontoux P., 2002, On the nature of the boundary layers instabilities in a ow between a rotating and a stationary disc, C.R. Mecanique, 30, 90-99