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Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows

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 (2024) Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows. European Journal of Mechanics B-Fluids, 103 (01–02), Seiten 284-298. Elsevier. doi: 10.1016/j.euromechflu.2023.10.008. ISSN 0997-7546.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0997754623001498?via%3Dihub

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/198851/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Available online 28 October 2023, Volume 103, January–February 2024, Pages 284-298
Titel:Effects of anisotropy on the geometry of tracer particle trajectories in turbulent flows
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hengster, YasminUniversity of Edinburgh, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lellep, MartinUniversity of Edinburgh, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weigel, JulianUniversität HeidelbergNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bross, MatthewUniversität der Bundeswehr MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bosbach, JohannesJohannes.Bosbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1531-127X146868022
Schanz, DanielDaniel.Schanz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1400-4224NICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, AndreasAndreas.Schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6971-9262146868024
Huhn, FlorianAS-EXVNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Novara, MatteoAS-EXVhttps://orcid.org/0000-0002-8975-0419NICHT SPEZIFIZIERT
Paz, Daniel GaraboaUniversity of Santiago di Compostela, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kähler, ChristianUniversität der Bundeswehr MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Linkmann, MoritzUniversity of Edinburgh, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2024
Erschienen in:European Journal of Mechanics B-Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:103
DOI:10.1016/j.euromechflu.2023.10.008
Seitenbereich:Seiten 284-298
Verlag:Elsevier
ISSN:0997-7546
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:17 Nov 2023 14:27
Letzte Änderung:22 Nov 2023 15:26

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