On coherent-vortex identification in turbulence

物理 涡流 湍流 机械 直接数值模拟 涡流管 涡度 经典力学 跨音速 空气动力学 雷诺数
作者
Yves Dubief,F. Delcayre
出处
期刊:Journal of Turbulence [Taylor & Francis]
卷期号:1: N11-N11 被引量:729
标识
DOI:10.1088/1468-5248/1/1/011
摘要

Abstract The identification issue of coherent vortices is investigated on the basis of direct numerical simulation (DNS) and large-eddy simulations (LES) of turbulent flows. It is first shown that the pressure Laplacian is positive within a low-pressure tube of small cross section enclosed by convex isobaric surfaces in a uniform-density flow. Since this quantity is related to the second invariant Q of ∇ u , the Q criterion (region where Q is positive) is a necessary condition for the existence of such tubes. This eduction scheme is compared to other classical methods in incompressible simulations of isotropic turbulence: a mixing layer, a channel flow and a backward-facing step. Q-isosurfaces turn out to display very nice coherent vortices. This criterion is also used in combination with a conditional sampling method to discuss the characteristics of quasi-longitudinal vortices in a manipulated channel flow. The contribution of near-wall vortical structures to velocity and vorticity fluctuations is clearly isolated. Finally, the Q criterion is applied to the eduction of Λ vortices in separated flows. The dynamics of these structures is discussed for an incompressible backward-facing step and a transonic flow past a rectangular cavity.
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