Numerical study of steady axisymmetric vortex breakdown in a cylindrical container with rotating upper lid
| Autor: | Iwatsu, Reima, Koyama, Hide S. |
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| Jazyk: | japonština |
| Rok vydání: | 1999 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | 航空宇宙技術研究所特別資料 = Special Publication of National Aerospace Laboratory. 41:379-384 |
| ISSN: | 0289-260X |
| Popis: | 航空宇宙技術研究所 24-26 Jun. 1998 東京 日本 National Aerospace Laboratory 24-26 Jun. 1998 Tokyo Japan 回転する上蓋を持つ円筒容器内における非圧縮性粘性流体の定常な軸対称渦崩壊について数値的研究を行った。回転レイノルズ数Reと容器のアスペクト比hは主導的な物理因子である。Reとhを変えることにより、崩壊渦の領域が0、1、2および3個まで存在することが過去の実験で報告されている。今回の数値的研究では、有限差分法を採用し、異なる格子点密度と時間刻みを持つ注意深く組まれた格子系を使用し、そしてパラメータ全域にわたる研究を行った。計算の結果、従来、可視化実験でのみ得られた定常な渦崩壊の関係図(Re,h)は、Re＜4,000およびh＜3.5のパラメータ領域で数値的に完全に再構築される。定常解に対する今回の関係図はEscudierによって実験的に得られた図と良く一致している。1.3≦h≦3.5の範囲にあるhに対して渦崩壊の限界Re数が良く一致していることは軸対称の方程式を使用している今回の計算で推定されたが、このことは円筒容器構成での定常な渦崩壊が実際に軸対称で発生していることを示している。流れの場に関して多くの作図を示すが、これにより、過去の実験で明示されなかった崩壊渦について詳細な定量的情報の提示が期待される。 Numerical study was conducted on the axisymmetric steady vortex breakdown of incompressible viscous fluid within a cylindrical container with rotating upper lid. The rotational Reynolds number Re and the container aspect ratio h are the governing physical parameters. By varying Re and h, regions of no separation bubble, one, two, up to three bubbles were reported in the past experimental studies. In the present numerical study, finite difference method was employed, carefully devised grid systems with different grid points density and the time increment were utilized and thorough parametric study was conducted. As a result of the computational effort, regime diagram (Re,h) of steady vortex breakdown which is hitherto obtained only by experimental visualizations, is fully numerically reconstructed in the parameter ranges of Re less than 4,000 and h less than 3.5. Present regime diagram for the steady solutions exhibits good agreement with the diagram obtained experimentally by Escudier. Good agreement of the critical Re values of vortex breakdown for various h, ranging greater than or equal to 1.3 and less than or equal to 3.5, estimated by the present computation, using the axisymmetric governing equations confirms that the steady vortex breakdown within the cylindrical container configuration is actually axisymmetric. Further plots on the flow field are presented which are expected to reveal the detailed quantitative information on the breakdown bubbles not clearly indicated in the past experimental studies. 資料番号: AA0001958061 レポート番号: NAL SP-41 |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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