Hengster, Yasmin und Lellep, Martin und Weigel, Julian und Bross, Matthew und Bosbach, Johannes und Schanz, Daniel und Schröder, Andreas und Huhn, Florian und Novara, Matteo und Paz, Daniel Garaboa und Kähler, Christian und Linkmann, Moritz (2023) Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows. [sonstige Veröffentlichung]
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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4355466
Kurzfassung
Using curvature and torsion to describe Lagrangian trajectories gives a full description of these as well as an insight into small and large time scales as temporal derivatives up to order 3 are involved. One might expect that the statistics of these properties depend on the geometry of the flow. Therefore, we calculated curvature and torsion probability density functions (PDFs) of experimental Lagrangian trajectories processed using the Shake-the-Box algorithm of turbulent von Kármán flow, Rayleigh-Bénard convection and a zero-pressuregradient boundary layer over a flat plate. The results for the von-Kármán flow compare well with experimental results for the curvature PDF and numerical simulation of homogeneous and isotropic turbulence for the torsion PDF. For the experimental Rayleigh-Bénard convection, the power law tails found agree with those measured for von-Kármán flow. Results for the logarithmic layer within the boundary layer differ slightly, we give some potential explanation below. To detect and quantify the effect of anisotropy either resulting from a mean flow or large-scale coherent motions on the geometry or tracer particle trajectories, we introduce the curvature vector. We connect its statistics with those of velocity fluctuations and demonstrate that strong large-scale motion in a given spatial direction results in meandering rather than helical trajectories.
elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/196287/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dokumentart: | sonstige Veröffentlichung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Zusätzliche Informationen: | https://service.elsevier.com/app/answers/detail/a_id/34353/supporthub/ssrn/kw/ISSN/; https://arxiv.org/abs/2302.01844; Cornnell University, arXiv physics arXiv:2302.01844; | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | 3 Februar 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erschienen in: | arXiv physics | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referierte Publikation: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.48550/arXiv.2302.01844 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Seitenbereich: | Seiten 1-29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Herausgeber: |
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Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | Turbulence, Lagrangian statistics, intermittency | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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: | 15 Aug 2023 13:14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 15 Aug 2023 13:14 |
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