Communication Dans Un Congrès Année : 2023

3D Lagrangian Particle Tracking within transitional flows

Suivi lagrangien tri-dimensionnel dans des écoulements transitionnels

Résumé

This communication presents results of time-resolved volumetric velocity measurements by Lagrangian Particle Tracking in two types of transitional flows: the flow above a backward-facing step (with step based Reynolds numbers between 850 and 4150) and the flow around a small wall-mounted cube, with an upstream laminar boundary layer in both cases. Experiments have been performed at ONERA Lille's gravity-driven low velocity water tunnel (THBV), using a high-speed laser and a seven-camera imaging system. Each run was repeated by up to 15 times in order to gather enough particle tracks to guarantee well-converged bin-averaged mean and fluctuating flows. Processing of the images was performed with DLR's variable-timestep-Shake-The-Box algorithm, leading to tracking around 80,000 to 100,000 particles instantaneously. Instantaneous results for the backward-facing step case of particle velocities and accelerations, as well as full flow reconstructions with the FlowFit data assimilation algorithm, allow to evidence the development and dynamics of shear layer instabilities in the form of hairpin-shaped, mostly streamwise vortical structures created by large spanwise instabilities stemming from the shear layer. Bin-averaged flows show a recirculating bubble length equal to around nine step heights, and manage as well to resolve the secondary counter-rotating recirculation bubble close to the step foot.

Cette communication présente les résultats d'une campagne de vélocimétrie volumétrique résolue en temps, effectuée par suivi lagrangien de particules, dans deux types d'écoulements transitionnels : l'écoulement au-dessus d'une marche descendante (nombre de Reynolds basé sur la hauteur de marche compris entre 850 et 4150), et l'écoulement autour d'un cube de faible dimension monté sur une plaque. Dans les deux cas, la couche limite à l'amont est laminaire. Les essais ont été réalisés au Tunnel Hydrodynamique Basse Vitesse (THBV) de l'ONERA Lille, à l'aide d'un laser haute cadence et d'un système associé de sept caméras rapides. Chaque point d'essai a été répété jusqu'à 15 fois afin de permettre la bonne convergence de champs moyens et fluctuants par bin-averageing. Le traitement des images a été efecuté avec l'algorithme "Variable-timestep-Shake-The-Box" du DLR, permettant la reconstruction de 80 000 à 100 000 particules à chauqe instant. Dans le cas de la marche descendante, les résultats instantanés des vitesses et accélérations des particules, de même que les reconstructions d'écoulements complets à l'aide de l'algorithme d'assimilation de données FlowFit, permettent d'observer le développement et la dynamique d'instabilités de couche de mélange sous la forme de tourbillons en fer à cheval, majoritairement orientés dans la direction axiale, créés par des instabilités transverses de grande échelle dues à la couche de mélange. Les champs moyennés indiquent que la couche de mélange a une extension axiale d'environ neuf hauteurs de marche, et permet de résoudre la bulle de recirculation secondaire se formant à proximité du pied de la marche.

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hal-04133157 , version 1 (19-06-2023)

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Identifiants

  • HAL Id : hal-04133157 , version 1

Citer

Daniel Schanz, R. Geisler, Benjamin Leclaire, J. Pruvost, Janos Agocs, et al.. 3D Lagrangian Particle Tracking within transitional flows. 15th International Symposium on Particle Image Velocimetry – ISPIV 2023, Jun 2023, San Diego, United States. ⟨hal-04133157⟩
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