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Resonant responses in periodic turbulent flows: computations using a k – ε eddy viscosity model / Cotton, M. A. in Journal of hydraulic research, Vol. 45 N°1 (2007) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 45 N°1 (2007) . - 54-61 p. Titre : Resonant responses in periodic turbulent flows: computations using a k – ε eddy viscosity model Titre original : Réponse résonnantes dans des écoulement turbulents périodiques : calculs utilisant un modèle k – ε de viscosité turbulente Type de document : texte imprimé Auteurs : Cotton, M. A., Auteur Article en page(s) : 54-61 p. Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Low  Reynolds  number  model  Periodic  flow  Turbulence  bursting  Turbulence  time  scales  Modèle  de  nombre  de  Reynolds  Ecoulement  périodique  Eclatement  de  turbulence  Echelles  de  temps  de  turbulence Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Periodically-oscillated pipe flows in which the bulk velocity is varied about a non-zero mean level (Ub = Ub0 [1 + γ cos ωt ]) are computed using a low-Reynolds-number k–ε turbulence model. Comparison is made with data for periodic pipe flow and it is shown that model is capable of resolving the principal features of the highly non-universal turbulence profiles that occur under conditions of harmonic forcing. There follows an examination of the frequency response of the phase-averaged turbulent kinetic energy, k, which is analysed in terms of its first harmonic variation (k(r, ωt) = k0 + k1 cos(ωt + ψ); k0 , k1 , ψ = f(r)). In confirmation of the stress-transport model results of Cotton and Guy [J. Hydraul. Res. 42 (2004) 293], it is found that the modulation of the turbulent kinetic energy, k1 /γ k0 first responds in a quasi-steady manner and then, with increasing frequency, exhibits resonant behaviour, which is itself succeeded by a frozen response at higher frequencies. The resonant condition occurs when the time scale of large-scale turbulence is an order of magnitude less than the period of the imposed oscillation. The paper concludes with a discussion of the parallels that may be drawn between the present results and the experimental study of Mizushina et al. [J. Chem. Engng. Jpn. 6 (1973) 487] in which the effect of external pulsation on the turbulence “bursting” process was investigated. Les écoulements avec oscillation périodique en conduite en conduite dans lesquels la vitesse moyenne varie autour d'une moyenne non nulle (Ub = Ub0 [1 + ωt de cos de γ]) sont calculées en utilisant un bas modèle de turbulence de k-ε de nombre de Reynolds. La comparaison est faite avec des données pour l'écoulement périodique de pipe et on lui montre que le modèle est capable de résoudre les principaux dispositifs des profils fortement non universels de turbulence qui se produisent dans des conditions de forcer harmonique. Là suit un examen de la réponse en fréquence de l'énergie cinétique turbulente phase-faite la moyenne, k, qui est analysé en termes de sa première variation harmonique (k (r, ωt) = k0 + k1 cos (ωt + ψ) ; k0, k1, ψ = f (r)). Dans la confirmation du soumettre à une contrainte-transporter les résultats modèles du coton et du type [J. Hydraul. Recherche. 42 (2004) 293], on le constate que la modulation de l'énergie cinétique turbulente, k1/γ k0 répond d'abord d'une façon quasi-stationnaire et puis, avec l'augmentation de la fréquence, exhibe le comportement résonnant, qui lui-même est réussi par une réponse gelée à des fréquences plus élevées. L'état résonnant se produit quand l'échelle de temps de la turbulence à grande échelle est un ordre de grandeur moins que la période de l'oscillation imposée. Le papier conclut avec une discussion des parallèles qui peuvent être dessinés entre les résultats actuels et l'étude expérimentale de Mizushina et autres. [J. chim. Engng. Jpn. 6 (1973) 487] dans lesquels l'effet de la pulsation externe sur la turbulence « éclatant » le processus a été étudié. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Turbulence En ligne : mark.cotton@manchester.ac.uk [article] Resonant responses in periodic turbulent flows: computations using a k – ε eddy viscosity model = Réponse résonnantes dans des écoulement turbulents périodiques : calculs utilisant un modèle k – ε de viscosité turbulente [texte imprimé] / Cotton, M. A., Auteur . - 54-61 p. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 45 N°1 (2007) . - 54-61 p. Mots-clés : Low  Reynolds  number  model  Periodic  flow  Turbulence  bursting  Turbulence  time  scales  Modèle  de  nombre  de  Reynolds  Ecoulement  périodique  Eclatement  de  turbulence  Echelles  de  temps  de  turbulence Index. décimale : 627 Ingénierie des cours d'eau naturels, des ports, des rades et des cotes. Installations de navigation, de dragage, de récupération et de sauvetage. Barrages et centrales électriques hydrauliques Résumé : Periodically-oscillated pipe flows in which the bulk velocity is varied about a non-zero mean level (Ub = Ub0 [1 + γ cos ωt ]) are computed using a low-Reynolds-number k–ε turbulence model. Comparison is made with data for periodic pipe flow and it is shown that model is capable of resolving the principal features of the highly non-universal turbulence profiles that occur under conditions of harmonic forcing. There follows an examination of the frequency response of the phase-averaged turbulent kinetic energy, k, which is analysed in terms of its first harmonic variation (k(r, ωt) = k0 + k1 cos(ωt + ψ); k0 , k1 , ψ = f(r)). In confirmation of the stress-transport model results of Cotton and Guy [J. Hydraul. Res. 42 (2004) 293], it is found that the modulation of the turbulent kinetic energy, k1 /γ k0 first responds in a quasi-steady manner and then, with increasing frequency, exhibits resonant behaviour, which is itself succeeded by a frozen response at higher frequencies. The resonant condition occurs when the time scale of large-scale turbulence is an order of magnitude less than the period of the imposed oscillation. The paper concludes with a discussion of the parallels that may be drawn between the present results and the experimental study of Mizushina et al. [J. Chem. Engng. Jpn. 6 (1973) 487] in which the effect of external pulsation on the turbulence “bursting” process was investigated. Les écoulements avec oscillation périodique en conduite en conduite dans lesquels la vitesse moyenne varie autour d'une moyenne non nulle (Ub = Ub0 [1 + ωt de cos de γ]) sont calculées en utilisant un bas modèle de turbulence de k-ε de nombre de Reynolds. La comparaison est faite avec des données pour l'écoulement périodique de pipe et on lui montre que le modèle est capable de résoudre les principaux dispositifs des profils fortement non universels de turbulence qui se produisent dans des conditions de forcer harmonique. Là suit un examen de la réponse en fréquence de l'énergie cinétique turbulente phase-faite la moyenne, k, qui est analysé en termes de sa première variation harmonique (k (r, ωt) = k0 + k1 cos (ωt + ψ) ; k0, k1, ψ = f (r)). Dans la confirmation du soumettre à une contrainte-transporter les résultats modèles du coton et du type [J. Hydraul. Recherche. 42 (2004) 293], on le constate que la modulation de l'énergie cinétique turbulente, k1/γ k0 répond d'abord d'une façon quasi-stationnaire et puis, avec l'augmentation de la fréquence, exhibe le comportement résonnant, qui lui-même est réussi par une réponse gelée à des fréquences plus élevées. L'état résonnant se produit quand l'échelle de temps de la turbulence à grande échelle est un ordre de grandeur moins que la période de l'oscillation imposée. Le papier conclut avec une discussion des parallèles qui peuvent être dessinés entre les résultats actuels et l'étude expérimentale de Mizushina et autres. [J. chim. Engng. Jpn. 6 (1973) 487] dans lesquels l'effet de la pulsation externe sur la turbulence « éclatant » le processus a été étudié. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 RAMEAU : Turbulence En ligne : mark.cotton@manchester.ac.uk