Coherent superstructures in turbulent pipe and Taylor-Couette flows
湍流管和 Taylor-Couette 流中的相干上部结构
基本信息
- 批准号:316065285
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Priority Programmes
- 财政年份:2016
- 资助国家:德国
- 起止时间:2015-12-31 至 2022-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Fluid motions in nature and engineering typically feature large-scale coherent motions, so-called superstructures, which are strongly shaped by boundary conditions, geometry and source of driving. Turbulent superstructures carry a substantial part of the kinetic energy, they contribute to drag and they often dominate heat, mass and momentum transport properties of the entire fluid system. Hence, in order to go beyond state-of-the-art modelling and control strategies of turbulent flows, superstructures must be correctly accounted for. In this project, we will investigate the dynamics, energetics and transport properties of superstructures in two canonical setups: cylindrical pipe flow and Taylor--Couette flow between two rotating concentric cylinders, especially in the narrow-gap limit. First, we will determine whether superstructures harvest energy through coherent alignment of much smaller scales, or directly from the mean shear. We will achieve this by computing the inter-scale energy flux from direct numerical simulation data with a (spatially) filtering approach. Second, in order to aid the groups developing characterisation and detection methods within the Priority Programme we will offer and maintain highly-resolved data sets, which will be adaptively reduced in spatial and temporal complexity using our filtering tools. With these methods, we will investigate the relationship between Lagrange coherent structures and energy fluxes. Our work will build upon the network of collaborations established in the first funding phase and will allow bridging the current gap towards high Reynolds numbers.
自然和工程中的流体运动通常以大规模相干运动为特征,即所谓的上层结构,其受到边界条件、几何形状和驱动源的强烈影响。湍流上层结构携带很大一部分动能,它们会产生阻力,并且通常主导整个流体系统的热、质量和动量传递特性。因此,为了超越最先进的湍流建模和控制策略,必须正确考虑上层建筑。在这个项目中,我们将研究两种典型设置中上部结构的动力学、能量学和输运特性:圆柱管流和两个旋转同心圆柱体之间的泰勒-库埃特流,特别是在窄间隙极限下。首先,我们将确定上层建筑是通过更小尺度的相干排列来获取能量,还是直接从平均剪切中获取能量。我们将通过使用(空间)过滤方法从直接数值模拟数据计算尺度间能量通量来实现这一目标。其次,为了帮助优先计划中的小组开发表征和检测方法,我们将提供并维护高分辨率的数据集,这些数据集将使用我们的过滤工具自适应地降低空间和时间复杂性。通过这些方法,我们将研究拉格朗日相干结构与能通量之间的关系。我们的工作将建立在第一融资阶段建立的合作网络的基础上,并将有助于缩小当前与高雷诺数的差距。
项目成果
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