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Investigation of large scale motions in zero and adverse pressure gradient turbulent boundary layers using high-spatial-resolution particle image velocimetry

Shehzad, Muhammad und Sun, Bihai und Jovic, Daniel und Ostovan, Yasar und Cuvier, Christophe und Foucaut, Jean Marc und Willert, Christian und Atkinson, Callum und Soria, Julio (2021) Investigation of large scale motions in zero and adverse pressure gradient turbulent boundary layers using high-spatial-resolution particle image velocimetry. Experimental Thermal and Fluid Science, 129, Seite 110469. Elsevier. doi: 10.1016/j.expthermflusci.2021.110469. ISSN 0894-1777.

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7MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0894177721001163

Kurzfassung

High-spatial-resolution (HSR) two-component, two-dimensional particle-image-velocimetry (2C-2D PIV) measurements of a zero-pressure-gradient (ZPG) turbulent boundary layer (TBL) and an adverse-pressure-gradient (APG)-TBL were taken in the Laboratoire de Mecanique des Fluides de Lille (LMFL) High Reynolds number Boundary Layer Wind Tunnel. The ZPG-TBL has a momentum-thickness based Reynolds number Re_delta2=delta2 U_e/nu=7,750 (where delta2 is the momentum thickness and U_e is the edge velocity), while the APG-TBL has a Re_delta2=16,240 and a Clauser’s pressure gradient parameter beta=delta1 P_x/tau_w=2.27 (where delta1 is the displacement thickness, P_x is the pressure gradient in streamwise direction and tau_w is the wall shear stress). The 2C fluctuating flow field of each TBL was decomposed using proper orthogonal decomposition (POD) to investigate the large-scale motions (LSMs). The LSMs are found to be energized in the outer-layer, becoming stronger in the presence of the adverse-pressure-gradient. Profiles of the conditionally averaged Reynolds stresses show that high-momentum LSMs contribute more to the Reynolds stresses than low-momentum LSMs from the wall to the end of the log-layer while the opposite is found in the wake region. The cross-over point between the profiles of the conditionally averaged Reynolds stresses from the high- and low-momentum LSMs always has a higher value than the corresponding Reynolds stress from the unconditional ensemble average at the same wall-normal location. This difference is up to 80% in the Reynolds streamwise and shear stresses and up to 15% in the Reynolds wall-normal stresses. Furthermore, the cross-over point in the APG-TBL is found to be further from the wall than in the ZPG-TBL. The conditional Reynolds streamwise and shear stresses without the LSMs are reduced by up to 42% in the ZPG-TBL and by up to 50% in the APG-TBL, while having a minimal effect on the conditional Reynolds wall-normal stress without the LSMs in both the ZPG- and APG-TBL.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143004/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Investigation of large scale motions in zero and adverse pressure gradient turbulent boundary layers using high-spatial-resolution particle image velocimetry
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Shehzad, MuhammadMonash UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sun, BihaiMonash UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jovic, DanielMonash UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ostovan, YasarUniv. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology, Centrale Lille, UMR 9014 - LMFLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cuvier, ChristopheUniv. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology, Centrale Lille, UMR 9014 - LMFLNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Foucaut, Jean MarcUniv. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology, Centrale Lille, UMR 9014 - LMFLhttps://orcid.org/0000-0003-0800-8608NICHT SPEZIFIZIERT
Willert, ChristianChris.Willert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1668-0181NICHT SPEZIFIZIERT
Atkinson, CallumMonash Universityhttps://orcid.org/0000-0003-3726-2103NICHT SPEZIFIZIERT
Soria, JulioMonash Universityhttps://orcid.org/0000-0002-7089-9686NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2021
Erschienen in:Experimental Thermal and Fluid Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:129
DOI:10.1016/j.expthermflusci.2021.110469
Seitenbereich:Seite 110469
Verlag:Elsevier
ISSN:0894-1777
Status:veröffentlicht
Stichwörter:high spatial resolution PIV, large scale motions, turbulent boundary layer, adverse pressure gradient, zero pressure gradient
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk, L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Triebwerksmesstechnik
Hinterlegt von: Willert, Dr.phil. Christian
Hinterlegt am:21 Jul 2021 12:14
Letzte Änderung:21 Jul 2021 12:14

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