Influence of aspect ratio on vortex formation in X-junctions: direct numerical simulations and eigenmode decomposition

Autor: Jean-Pierre Hulin, Harold Auradou, P. G. Correa, Sebastian Ubal, J. R. Mac Intyre, Carlos Alberto Perazzo, J. M. Gomba
Přispěvatelé: Fluides, automatique, systèmes thermiques (FAST), Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Complex Systems and Materials, Universidad Favaloro, Université Paris-Saclay, Department of Applied Physics, Aalto-yliopisto, Aalto University
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Physics of Fluids
Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2020, 32, pp.124105
CONICET Digital (CONICET)
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
instacron:CONICET
ISSN: 1070-6631
1089-7666
Popis: We study numerically the appearance and number of axial vortices in the outlets of X-shaped junctions of two perpendicular channels of rectangular sections with facing inlets. We explore the effect of the aspect ratio of the cross section, AR, on the number of vortices created at the center of the junction. Direct numerical simulations (DNSs) performed for different values of the Reynolds number Re and AR demonstrate that vortices with their axis parallel to the outlets, referred to as axial vortices, appear above critical Reynolds numbers Rec. As AR increases from 1 to 11, the number of vortices observed increases from 1 to 4, independently of Re. For AR = 1, the single axial vortex induces an interpenetration of the inlet fluids in the whole section; instead, for larger AR's for which more vortices appear, the two inlet fluids remain largely segregated in bands, except close to the vortices. The linear stability analysis demonstrates that only one leading eigenmode is unstable for a given set of values of AR and Re. This mode provides a simplified model of the flow field, reproducing its key features such as the number of vortices and their distance. Its determination with this method requires a much smaller computational load than the DNS. This approach is shown to allow one to determine quickly and precisely the critical Reynolds number Rec and the sensitivity function S, which characterizes the influence of variations of the base flow on the unstable one. Fil: Correa, Pablo Germán. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina Fil: Gomba, Juan Manuel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina Fil: Mac Intyre, J.R.. Aalto University; Finlandia Fil: Ubal, Sebastian. Universidad Nacional de Entre Ríos. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Investigación y Desarrollo en Bioingeniería y Bioinformática; Argentina Fil: Perazzo, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería. Fundación Favaloro. Instituto de Medicina Traslacional, Trasplante y Bioingeniería; Argentina Fil: Hulin, J.P.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia Fil: Auradou, H.. Centre National de la Recherche Scientifique; Francia
Databáze: OpenAIRE
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