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Curvature-based energy spectra revealing flow regime changes in Rayleigh-Bénard convection

Mommert, Michael und Bahavar, Philipp und Barta, Robin und Bauer, Christian und Volk, Marie-Christine und Wagner, Claus (2025) Curvature-based energy spectra revealing flow regime changes in Rayleigh-Bénard convection. European Journal of Mechanics B-Fluids, 114 (204343), Seiten 1-14. Elsevier. doi: 10.1016/j.euromechflu.2025.204343. ISSN 0997-7546.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0997754625001244

Kurzfassung

We use the local curvature derived from velocity vector fields or particle tracks as a surrogate for structure size to compute curvature-based energy spectra. An application to homogeneous isotropic turbulence shows that these spectra replicate certain features of classical energy spectra such as the slope of the inertial range extending towards the equivalent curvature of the Taylor microscale. As this curvature-based analysis framework is sampling based, it also allows further statistical analyses of the time evolution of the kinetic energies and curvatures considered. The main findings of these analyses are that the slope for the inertial range also appears as a salient point in the probability density distribution of the angle of the vector comprising the two time evolution components. This density distribution further exhibits changing features of its shape depending on the Rayleigh number. This Rayleigh number evolution allows to observe a change in the flow regime between the Rayleigh numbers and . Insight into this regime change is gathered by conditionally sampling the salient time evolution behaviours and projecting them back into physical space. Concretely, the regime change is manifested by a change in the spatial distribution for the different time evolution behaviours. Finally, we show that this analysis can be applied to measured Lagrangian particle tracks.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/213463/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Curvature-based energy spectra revealing flow regime changes in Rayleigh-Bénard convection
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Mommert, MichaelMichael.Mommert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7817-3388192219486
Bahavar, PhilippPhilipp.Bahavar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3817-7875NICHT SPEZIFIZIERT
Barta, RobinRobin.Barta (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8882-5864192219491
Bauer, ChristianChristian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1838-6194NICHT SPEZIFIZIERT
Volk, Marie-ChristineMarie-Christine.Volk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0003-8963-2724192219496
Wagner, ClausClaus.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2273-0568NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 August 2025
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:114
DOI:10.1016/j.euromechflu.2025.204343
Seitenbereich:Seiten 1-14
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTElsevierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Science Direct
ISSN:0997-7546
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Rayleigh-Bénard convection, energy spectrum, turbulent energy
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Schienenverkehr
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - RoSto - Rolling Stock
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Bodengebundene Fahrzeuge
Hinterlegt von: Mommert, Michael
Hinterlegt am:19 Sep 2025 09:00
Letzte Änderung:19 Sep 2025 09:00

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