Giải pháp số và đo đạc laser-Doppler của quá trình tăng tốc quay

Journal of Fluid Mechanics - Tập 85 Số 4 - Trang 609-639 - 1978
A. Warn‐Varnas1,2, W. W. Fowlis3,4, Steve Piacsek1, Sang Myung Lee3
1Naval Research Laboratory, Washington D.C. 20375.
2Present address: Naval Ocean Research and Development Activity, Bay St Louis, Mississippi. 39520
3Florida State University, Tallahassee
4Present address: NASA, Marshall Space Flight Center, Alabama 35812

Tóm tắt

Quá trình tăng tốc quay trong một hình trụ chứa chất lỏng đồng nhất đã được khảo sát cả bằng phương pháp thực nghiệm và số. Động lực chính cho công việc này là kiểm tra các phương pháp giải số bằng cách so sánh kết quả số với các phép đo trong phòng thí nghiệm thu được bằng thiết bị đo vận tốc laser-Doppler quay. Kỹ thuật laser-Doppler có khả năng đạt độ chính xác cao với độ phân giải không gian và thời gian nhỏ, và các nhiễu loạn của dòng chảy gần như không đáng kể. Một chuỗi các phép đo đã được thực hiện về dòng chảy zonal qua một loạt các số Ekman (1·06 × 10−3≤E≤ 3·30 × 10−3) và số Rossby (0·10 [les ]|ε| [les ] 0·33) tại nhiều vị trí khác nhau trong dòng chảy. Những phép đo này có độ chính xác vượt trội hơn những phép đo trước đó. Các mode quán tính yếu được kích thích bởi sự khởi đầu đột ngột là có thể phát hiện được. Các mô phỏng số đã sử dụng các phương trình nguyên thủy với dạng đối xứng trục và áp dụng kỹ thuật vi phân trên cả lưới cố định và lưới biến đổi. Số điểm lưới cần thiết để giải quyết các lớp Ekman đã được xác định. Một so sánh chi tiết về các mô phỏng và các phép đo thực nghiệm được thực hiện, bao gồm cả các chi tiết về độ lớn và tần số của các mode quán tính. Sự đồng thuận trong phạm vi sai số thực nghiệm đã đạt được. Các kết quả phân tích cho các điều kiện giống hệt như trong các thí nghiệm không có sẵn, nhưng một số lý thuyết tuyến tính và phi tuyến tương tự cũng được so sánh với các thí nghiệm.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Benton, E. R. & Clark, A. 1974 Spin-up.Ann. Rev. Fluid Mech. 6,257.

Cerasoli, C. P. 1975 Free shear layer instability due to probes in a rotating source-sink flow.J. Fluid Mech. 72,559.

Williams, G. P. 1969 Numerical integration of the three-dimensional Navier-Stokes equations for incompressible flow.J. Fluid Mech. 37,727.

Adrian, R. J. & Goldstein, R. J. 1971 Analysis of a laser Doppler anemometer.J. Phys. E, Sci. Instrum. 4,505.

Piacsek, S. A. & Williams, G. P. 1970 Conservation properties of convection difference schemes.J. Comp. Phys. 6,392.

Yeh, Y. & Cummins, H. Z. 1964 Localized fluid flow measurements with a He-Ne laser spectrometer.Appl. Phys. Lett. 4,176.

Fowlis, W. W. & Martin, P. J. 1975 A rotating laser Doppler velocimeter and some new results on the spin-up experiment.Geophys. Fluid Dyn. 7,67.

Wachpress, E. L. 1966 Iterative Solution of Elliptic Systems .Prentice-Hall.

Adrian, R. J. 1972 Statistics of laser Doppler velocimeter signals: frequency measurement.J. Phys. E. Sci. Instrum. 5,91.

Fultz, D. & Kaiser, J. A. C. 1971 The disturbing effects of probes in meteorological fluid-model experiments.J. Atmos. Sci. 28,1153.

Bryan, K. 1966 A scheme for numerical integration of the equations of motion on an irregular grid free of non-linear instability.Mon. Weath. Rev. 94,39.

Benton, E. R. 1973 Nonlinear hydrodynamic and hydromagnetic spin-up driven by Ekman-Hartmann boundary layers.J. Fluid Mech. 57,337.

Venezian, G. 1969 Spin-up of a contained fluid.Topics in Ocean Engng 1,212.

Ingersoll, A. P. & Venezian, G. 1968 Non-linear spin-up of a contained fluid.Div. Geol. Sci., Calif. Inst. Tech. Contr. no. 1612.

Weidman, P. D. 1976 On the spin-up and spin-down of a rotating fluid. Part 2. Measurements and stability.J. Fluid Mech. 77,709.

Greenspan, H. P. 1969 The Theory of Rotating Fluids .Cambridge University Press.

Greenspan, H. P. & Howard, L. N. 1963 On a time-dependent motion of a rotating fluid.J. Fluid Mech. 17,385.

George, W. K. & Lumley, J. L. 1973 The laser-Doppler velocimeter and its application to the measurement of turbulence.J. Fluid Mech. 60,321.

St-Maurice, J.-P. & Veronis, G. 1975 A multi-scaling analysis of the spin-up problem.J. Fluid Mech. 68,417.

Harlow, F. H. & Welch, J. E. 1965 Numerical calculation of time dependent viscous incompressible flow of fluid with free surface.Phys. Fluids 8,2182.

Greenspan, H. P. & Weinbaum, S. 1965 On non-linear spin-up of a rotating fluid.J. Math. Phys. 44,66.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Fluid Mechanics

Tập 85 Số 4

609-639

Thông tin tác giả