Preview

SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS

Advanced search

Simulation of Instability Development in a Plane Submerged Jet at Low Reynolds Numbers

https://doi.org/10.25205/2541-9447-2018-13-4-35-45

Abstract

Numerical simulation of a plane submerged jet with Reynolds number of 32 ≤ Re ≤ 160 based on the mean inlet velocity and the flat slit height at the jet entrance is performed using the continuity and Navier - Stokes equations for incompressible fluid. The influence of changes in Re on the flow nature is studied with assignment of small random perturbations at the jet inlet and in the absence of these perturbations. In agreement with the available data of laboratory experiments, the present computation results show the laminar flow state in the first region near the exit from the slit, the asymmetric instability of sinusoidal type in the second, transitional region, and the irregular, turbulent nature of the flow in the third region. It is found that the lengths of the first and second sections decrease with increasing amplitude of small random perturbations introduced by distortion of the inlet velocity profile. Moreover, an increase in the Reynolds number leads to a shorter extension of the laminar section in agreement with the data of previous studies. Estimations are made for typical values of the wavelength of oscillations corresponding to the revealed effect of sinusoidal instability and for the typical frequency of these oscillations, which sharply increases with the growth of Re.

About the Authors

A. K. Shevchenko
Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS
Russian Federation


S. N. Yakovenko
Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS
Russian Federation


References

1. Gau C., Shen C. H., Wang Z. B. Peculiar phenomenon of micro-free-jet flow. Phys. Fluids, 2009, vol. 21, paper no. 092001, р. 1-13.

2. Козлов В. В., Грек Г. Р., Литвиненко Ю. А., Козлов Г. В., Литвиненко М. В. Дозвуковые круглая и плоская макро-и микроструи в поперечном акустическом поле // Вестн. Новосиб. гос. ун-та, Серия: Физика. 2010. Т. 5, вып. 2. С. 28-42.

3. Грек Г. Р., Катасонов М. М., Козлов В. В., Коробейничев О. П., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г. Особенности горения пропана в круглой и плоской макро- и микроструе в поперечном акустическом поле при малых числах Рейнольдса // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Физика. 2013. Т. 8, вып. 3. С. 98-120.

4. Козлов В. В., Грек Г. Р., Коробейничев О. П., Литвиненко Ю. А., Шмаков А. Г. Особенности горения водорода в круглой и плоской струе в поперечном акустическом поле и их сравнение с результатами горения пропана в тех же условиях // Вестн. Новосиб. гос. ун-та. Серия: Физика. 2014. Т. 9, вып. 1. С. 79-86.

5. Леманов В. В., Терехов В. И., Шаров К. А., Шумейко А. А. Экспериментальное исследование затопленных струй при низких числах Рейнольдса // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39, вып. 9. С. 34-40.

6. Yakovenko S. N. Modeling of plane jet at moderate Reynolds numbers. AIP Conference Proceedings, 2017, vol. 1893, issue 1, paper no. 030101, 5 p.

7. Копьев В. Ф., Остриков Н. Н., Зайцев М. Ю., Чернышев С. А. Устройство и способ воздействия на вихревые структуры в турбулентной воздушной струе. Патент 2357109 Рос. Федерация. № 2007141384/11; заявл. 07.11.2007; опубл. 27.05.2009. 7 с.

8. Gogineni S., Shih C. Experimental investigation of the unsteady structure of a transitional plane wall jet. Exp. Fluids, 1997, vol. 23, p. 121-129.

9. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.

10. Moukalled F., Mangani L., Darwish M. The finite volume method in computational fluid dynamics: An advanced introduction with OpenFOAM® and Matlab®. Springer, 2016, 791 p.

11. Курбацкий А. Ф., Яковенко С. Н. Численное исследование турбулентного течения вокруг двумерного препятствия в пограничном слое // Теплофизика и аэромеханика. 1996. Т. 3, № 2. С. 145-163.

12. Козлов Г. В., Грек Г. Р., Сорокин А. М., Литвиненко Ю. А. Влияние начальных условий на срезе сопла на структуру течения и устойчивость плоской струи // Вестн. Новосиб. гос. ун-та, Серия: Физика. 2008. Т. 3, вып. 3. С. 14-33.


Review

For citations:


Shevchenko A.K., Yakovenko S.N. Simulation of Instability Development in a Plane Submerged Jet at Low Reynolds Numbers. SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS. 2018;13(4):35-45. (In Russ.) https://doi.org/10.25205/2541-9447-2018-13-4-35-45

Views: 163


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2541-9447 (Print)