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Turbulent superstructure statistics in a turbulent boundary layer with pressure gradients

Bross, Matt und Schanz, Daniel und Novara, Matteo und Eich, Felix und Schröder, Andreas und Kähler, Christian (2023) Turbulent superstructure statistics in a turbulent boundary layer with pressure gradients. European Journal of Mechanics B-Fluids, 101 (09/10), 209 - 218. Elsevier. doi: 10.1016/j.euromechflu.2023.05.010. ISSN 0997-7546.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2023.05.010

Kurzfassung

In turbulent boundary layers, streamwise elongated regions of high- and low-momentum in the log-law layer that can extent up to several boundary layer thicknesses are often referred to as turbulent superstructures. These structures contain a relatively large portion of the layer’s turbulent kinetic energy and have been shown to interact with the near-wall flow structures. In the last few decades extensive research on zero-pressure gradient (ZPG) turbulent boundary layers has been done, however by comparison, the structural characteristics for adverse pressure gradient turbulent (APG) boundary layer flows are much less studied despite their strong significance aero-hydrodynamic vehicle design. Therefore, the three-dimensional dynamics of turbulent superstructures in a turbulent boundary layer flow are investigated in the Atmospheric Wind Tunnel Munich (AWM) using a multi-camera 3D time-resolved Lagrangian particle tracking approach. In this study, Lagrangian and Eulerian statistics will be used to characterize the dynamics and interaction of turbulent superstructures within a zero pressure gradient (ZPG) turbulent boundary layer at Re = 5000 or Re = 14 000 that then flows over a curved plate subjected to a favorable (FPG) and strong adverse (APG) pressure gradient, which eventually separates. An Eulerian analysis, using multi-point correlations of 3D velocity fields, found that the average superstructure topology is modulated by decelerating flow in the APG region when compared to the ZPG region, however the basic shape and spanwise pattern is preserved. Looking into the behavior of individual trajectories, it was found that the dispersion of single particles along trajectories in the log-law layer are capable of moving more than the average Eulerian superstructure spacing in the spanwise direction. Furthermore, the mean square of the single particle dispersion indicates that the maximum dispersion in the spanwise direction comes from particles released at the wall-normal location corresponding to the so-called “second-peak/plateau” region in the streamwise normal Reynolds stress.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196255/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Online ISSN: 1873-7390; https://www.sciencedirect.com/journal/european-journal-of-mechanics-b-fluids; Turbulent superstructure statistics in a turbulent boundary layer with pressure gradients - ScienceDirect; online; Available online 20 June 2023
Titel:Turbulent superstructure statistics in a turbulent boundary layer with pressure gradients
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bross, Mattmqb6401 (at) psu.edNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schanz, DanielDaniel.Schanz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1400-4224NICHT SPEZIFIZIERT
Novara, Matteomatteo.novara (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8975-0419NICHT SPEZIFIZIERT
Eich, Felixfelix.eich (at) unibw.dNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, Andreasandreas.schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6971-9262140150914
Kähler, Christianchristian.kaehler (at) unibw.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Juni 2023
Erschienen in:European Journal of Mechanics B-Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:101
DOI:10.1016/j.euromechflu.2023.05.010
Seitenbereich:209 - 218
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Schröder, WolfgangRWTH AachenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dias, FredericUni College DublinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:ScienceDirect
ISSN:0997-7546
Status:veröffentlicht
Stichwörter:turbulent boundary layer, superstructures, Lagrangian particle tracking
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Flugzeug und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:09 Aug 2023 14:27
Letzte Änderung:09 Aug 2023 14:27

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