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Low frequency unsteadiness in laminar separation bubbles

Malmir, Malmir und Di Labbio, Giuseppe und Le Floc'h, Arnaud und Dufresne, Louis und Weiss, Julien und Vétel, Jérôme (2024) Low frequency unsteadiness in laminar separation bubbles. Journal of Fluid Mechanics. Cambridge University Press. doi: 10.1017/jfm.2024.962. ISSN 0022-1120.

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Kurzfassung

Low frequency phenomena in an incompressible pressure-induced laminar separation bubble (LSB) on a flat plate is investigated using direct numerical simulation. The LSB configuration of Spalart & Strelets (2000) is used. Wall pressure spectra indicate low frequency flapping (St~0.08) and high frequency shedding (St~1.52) regimes. Conditional velocity averages based on the fraction of reversed flow reveal the low frequency as an expansion/contraction of the LSB. While the high frequency only exhibits exponential growth within the LSB up to breakdown of the spanwise rollers, the low frequency and velocity fluctuations exhibit exponential growth upstream of separation. Instantaneous flow fields reveal large streamwise streaky structures forming within the LSB and extending past reattachment, much like high and low speed streaks in turbulent boundary layers. A predominance of sweep-like events (Q4) is observed during contraction and of ejection-like events (Q2) during expansion. These motions appear as dominant low frequency modes in three-dimensional proper orthogonal and dynamic mode decompositions, exhibiting spatial amplification from separation to reattachment. The advection of a group of spanwise-alternating streaky structures past the LSB results in an overall contraction after which the bubble expands to its "unforced" state in the absence of the streaks. The low frequency then corresponds to the time it takes for streaks to form, amplify and advect past the LSB from separation to reattachment. This behaviour is linked to mean flow deformation (Marxen & Rist 2010), where the presence of streaks results in reduced mean bubble size. The formation of these streaky structures, in the absence of freestream turbulence, may be attributed to an absolute instability of the LSB due to the development of a secondary bubble within the primary.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206978/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Low frequency unsteadiness in laminar separation bubbles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Malmir, Malmirfatemeh.malmir (at) polymtl.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Di Labbio, Giuseppegiuseppe.dilabbio (at) etsmtl.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Le Floc'h, Arnaudarnaud.lefloch (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4466-1981173074882
Dufresne, Louislouis.dufresne (at) etsmtl.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weiss, Julienjulien.weiss (at) tu-berlin.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vétel, Jérômejerome.vetel (at) polymtl.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:22 November 2024
Erschienen in:Journal of Fluid Mechanics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1017/jfm.2024.962
Verlag:Cambridge University Press
ISSN:0022-1120
Status:veröffentlicht
Stichwörter:laminar separation bubble, flapping, low frequency unsteadiness
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Windenergie
Hinterlegt von: Le Floch, Arnaud
Hinterlegt am:15 Nov 2024 09:36
Letzte Änderung:04 Dez 2024 09:35

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