[논문]난류 파이프 유동 내 응집 구조의 횡 방향 성장

안준선; 이진영; 황진율

doi:10.5407/jksv.2021.19.2.026

[국내논문] 난류 파이프 유동 내 응집 구조의 횡 방향 성장
Spanwise growth of coherent structures in turbulent pipe flow 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.19 no.2, 2021년, pp.26 - 31

안준선 (Department of Railway Vehicle System Engineering, Korea National University of Transportation) , 이진영 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University) , 황진율 (School of Mechanical Engineering, Pusan National University)

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The spanwise growth of turbulence structures in turbulent pipe flow was investigated using the direct numerical simulation data of Re𝜏 = 544, 934 and 3008. Two-point correlations and pre-multiplied energy spectra of streamwise velocity fluctuations were examined along the spanwise direction. The arclength direction is defined as r𝛳, which is useful for an analogy with the spanwise direction for channels or boundary layers; here, r and 𝛳 are the radial distance from the core and the azimuthal angles, respectively. Both analyses showed that the arclength scales increased with increasing the wall-normal distance. It showed that the coherent structures were confined in the core region due to the crowding effect of a circular pipe geometry. The pipe flow simulation could describe a realistic geometrical flow along the azimuthal direction, unlike the simulations of turbulent channel or boundary layer flow using periodic boundary conditions along the spanwise direction. The present results provided the spanwise organization of energy-containing motions over a broad range of scales in turbulent pipe flow.

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그림 Fig. 1. Instantaneous streamwise velocity fluctuations in turbulent pipe flow in the cross-stream plane for (a) Re_τ = 544, (b) 934 and (c) 3008.
그림 Fig. 2. Two-point correlations of the streamwise velocity fluctuations at (a) y_ref = 0.05, (b) 0.2 and (c) 0.6. Black, red and blue colors indicate Re_τ = 544, 934 and 3008, respectively, and solid and dashed lines indicate the threshold values of R_uu = 0.05 and -0.04, respectively.
그림 Fig. 3. Spanwise length scales for R_uu = 0.05 along the wall-normal distance.
그림 Fig. 4. Pre-multiplied spanwise energy spectra of the streamwise velocity fluctuations for (a) Re_τ = 544, (b) 934 and (c) 3008. Symbols indicate the local maximum spanwise wavelength at each wall-normal distance.
그림 Fig. 5. Variations of the local maximum spanwise length scales only along the wall-normal distance obtained from the energy spectra in Fig. 4.

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