横流中の円形ジェットの大規模渦シミュレーション

この論文では、横流に対して通常発生する円形ジェットの一連の大規模渦シミュレーションについて報告します。シミュレーションは、ジェットと横流の速度比が2.0および3.3、そしてレイノルズ数が1050および2100の2つの条件で行われました。シミュレーションから計算された平均および乱流統計は、実験的測定とかなり良く一致します。実験的流れの視覚化で観察された大規模なコヒーレント構造は、シミュレーションによって再現され、これらの構造が形成されるメカニズムが説明されています。コヒーレント構造が中心面に沿った平均速度、解決されたレイノルズ応力、および乱流運動エネルギーの進化に及ぼす影響について論じます。本論文では、広く存在する遠方の対回転渦ペアが、準定常な「吊り下げられた」渦ペアから生じることが示されています。これらの渦は、ジェットと横流体の間に発生する傾斜混合層で形成されます。吊り下げられた渦を通る軸流は、進入管流の壁近くの境界層からジェットの背面に渦状流体を輸送します。そこで、吊り下げられた渦は不利な圧力勾配に遭遇し、崩壊します。この崩壊が起こると、渦の直径は劇的に拡大し、ジェットの軌道と整列する弱い対回転渦ペアが形成されます。