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Effect of Reynolds number, near-wall perturbation and turbulence on smooth open-channel flows / Bushra Afzal in Journal of hydraulic research, Vol. 47 N°1 (2009) 

Public ISBD [article]  in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N°1 (2009) . - pp. 66-81 Titre : Effect of Reynolds number, near-wall perturbation and turbulence on smooth open-channel flows Titre original : Effet du nombre de Reynolds, des perturbations près de la paroi et de la turbulence sur les écoulements en canal à surface libre Type de document : texte imprimé Auteurs : Bushra Afzal, Auteur ; Abdullah Al Faruque, Auteur ; Ram Balachandar, Auteur Article en page(s) : pp. 66-81 Note générale : Hydraulique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Open-channel  flow  Near-wall  perturbation  Free  stream  turbulence  Probability  density  functions  Reynolds  shear  stress  Skin  friction  coefficient  Flow  recovery 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 : Three series of experiments were conducted to study the effect of Reynolds number, near-wall perturbation and turbulence on the velocity characteristics of smooth open-channel flows. Measurements were carried out using a laser Doppler anemometer. The variables of interest include mean velocity, turbulence, velocity probability density functions and Gram-Charlier series coefficients. For the range of depth Reynolds number studied (23×103 < Reh <72×103), the turbulence intensity and Reynolds shear stress profiles show that the effect of Reynolds number can be significant in open-channel flows. However, at identical distances from the bed, the velocity probability density functions are relatively insensitive to Reynolds number effects. The coefficients of the Gram-Charlier series expansion are also independent of Reynolds number for wall normal distances y+ <300. In the case of the flow with the near-wall perturbation, the mean velocity profile at the farthest downstream station more-or-less recovers to the undisturbed state, whereas the turbulence intensity profiles do not completely recover. From the various profiles obtained downstream of the perturbation, the wall-normal distance corresponding to 0.01<0.1 requires a greater longitudinal distance to recover to the undisturbed state. As noticed from the velocity defect profiles, the effects of near-wall disturbance begin to penetrate into the flow with increasing distance from the perturbation. The presence of higher levels of turbulence influences the skin friction coefficient, the extent of collapse with the log–law and the wake parameter. Trois séries d'expériences ont été entreprises pour étudier l'effet du nombre de Reynolds, des perturbations à la paroi et de la turbulence sur les caractéristiques de vitesse des écoulements en canal lisse à surface libre. Des mesures ont été effectuées à l'aide d'un anémomètre laser à effet Doppler. Les variables concernées sont la vitesse moyenne, la turbulence, la densité de probabilité de fluctuations de vitesses et les coefficients des séries de Gram-Charlier. Dans la gamme des nombres de Reynolds de profondeur étudiée (23 x 103 < Reh < 72 x 103), l'intensité de turbulence et les profils des contraintes de Reynolds montrent que l'effet du nombre de Reynolds peut être significatif dans les écoulements à surface libre. Cependant, à des distances identiques du fond, la densité de probabilité de fluctuations de vitesse est relativement peu sensible aux effets du nombre de Reynolds. Les coefficients de série de Gram-Charlier sont également indépendants du nombre de Reynolds pour les distances normales y+ de paroi < 300. Dans le cas de l'écoulement avec perturbation à la paroi, le profil moyen de vitesse à la station aval la plus lointaine récupère plus-ou-moins l'état non perturbé, tandis que les profils d'intensité de turbulence ne se récupèrent pas complètement. Des divers profils obtenus en aval de la perturbation, à la distance à la paroi correspondant à 0.01 < y/h < 0.1, une plus grande distance longitudinale est nécessaire pour récupérer l'état non perturbé. On note à partir des profils de vitesses déficitaires, que les effets de la perturbation à la paroi tendent à pénétrer dans l'écoulement en s'éloignant de la perturbation. La présence de niveaux plus élevés de turbulence influe sur le coefficient de frottement à la paroi, l'étendue de l'accord avec la loi-log et le paramètre de sillage. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com [article] Effect of Reynolds number, near-wall perturbation and turbulence on smooth open-channel flows = Effet du nombre de Reynolds, des perturbations près de la paroi et de la turbulence sur les écoulements en canal à surface libre [texte imprimé] / Bushra Afzal, Auteur ; Abdullah Al Faruque, Auteur ; Ram Balachandar, Auteur . - pp. 66-81. Hydraulique Langues : Anglais (eng) in Journal of hydraulic research > Vol. 47 N°1 (2009) . - pp. 66-81 Mots-clés : Open-channel  flow  Near-wall  perturbation  Free  stream  turbulence  Probability  density  functions  Reynolds  shear  stress  Skin  friction  coefficient  Flow  recovery 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 : Three series of experiments were conducted to study the effect of Reynolds number, near-wall perturbation and turbulence on the velocity characteristics of smooth open-channel flows. Measurements were carried out using a laser Doppler anemometer. The variables of interest include mean velocity, turbulence, velocity probability density functions and Gram-Charlier series coefficients. For the range of depth Reynolds number studied (23×103 < Reh <72×103), the turbulence intensity and Reynolds shear stress profiles show that the effect of Reynolds number can be significant in open-channel flows. However, at identical distances from the bed, the velocity probability density functions are relatively insensitive to Reynolds number effects. The coefficients of the Gram-Charlier series expansion are also independent of Reynolds number for wall normal distances y+ <300. In the case of the flow with the near-wall perturbation, the mean velocity profile at the farthest downstream station more-or-less recovers to the undisturbed state, whereas the turbulence intensity profiles do not completely recover. From the various profiles obtained downstream of the perturbation, the wall-normal distance corresponding to 0.01<0.1 requires a greater longitudinal distance to recover to the undisturbed state. As noticed from the velocity defect profiles, the effects of near-wall disturbance begin to penetrate into the flow with increasing distance from the perturbation. The presence of higher levels of turbulence influences the skin friction coefficient, the extent of collapse with the log–law and the wake parameter. Trois séries d'expériences ont été entreprises pour étudier l'effet du nombre de Reynolds, des perturbations à la paroi et de la turbulence sur les caractéristiques de vitesse des écoulements en canal lisse à surface libre. Des mesures ont été effectuées à l'aide d'un anémomètre laser à effet Doppler. Les variables concernées sont la vitesse moyenne, la turbulence, la densité de probabilité de fluctuations de vitesses et les coefficients des séries de Gram-Charlier. Dans la gamme des nombres de Reynolds de profondeur étudiée (23 x 103 < Reh < 72 x 103), l'intensité de turbulence et les profils des contraintes de Reynolds montrent que l'effet du nombre de Reynolds peut être significatif dans les écoulements à surface libre. Cependant, à des distances identiques du fond, la densité de probabilité de fluctuations de vitesse est relativement peu sensible aux effets du nombre de Reynolds. Les coefficients de série de Gram-Charlier sont également indépendants du nombre de Reynolds pour les distances normales y+ de paroi < 300. Dans le cas de l'écoulement avec perturbation à la paroi, le profil moyen de vitesse à la station aval la plus lointaine récupère plus-ou-moins l'état non perturbé, tandis que les profils d'intensité de turbulence ne se récupèrent pas complètement. Des divers profils obtenus en aval de la perturbation, à la distance à la paroi correspondant à 0.01 < y/h < 0.1, une plus grande distance longitudinale est nécessaire pour récupérer l'état non perturbé. On note à partir des profils de vitesses déficitaires, que les effets de la perturbation à la paroi tendent à pénétrer dans l'écoulement en s'éloignant de la perturbation. La présence de niveaux plus élevés de turbulence influe sur le coefficient de frottement à la paroi, l'étendue de l'accord avec la loi-log et le paramètre de sillage. DEWEY : 627 ISSN : 0022-1686 En ligne : http://www.journalhydraulicresearch.com