مطالعه هيدروديناميك لايه اختلاطي محاط بر يك ناحيه جدايي جريان كم عمق با استفاده از روش SPIV– بخش دوم: مشخصات آشفتگي، ساختارهاي لحظه‌اي و مكاني

Hydrodynamics of the Mixing Layer Bounding a Separation Zone Using SPIV, Part2: Turbulent Characteristics, Temporal and Spatial Structures

در اين مقاله الگوي جريان در امتداد لايه اختلاطي محاط بر يك ناحيه چرخشي، با استفاده از روش سرعت‌سنجي تصويري ذرات سطحي (SPIV) در موقعيت‌هاي مختلف اندازه‌گيري شده است. همچنين از تكنيك تزريق ماده رنگي اورانين در مجاورت نورUV براي آشكارسازي ساختارهاي مكاني گردابه‌هاي آشفتگي در طول لايه اختلاطي استفاده شده است. نتايج اندازه‌گيري‌هاي صورت گرفته نشان مي‌دهد كه محدوده وقوع حداكثر مقدار انرژي جنبشي آشفتگي و همچنين تنش‌هاي رينولدز منطبق بر محدوده وقوع تغيير در رفتار لايه اختلاطي مي‌باشد. بلافاصله در پايين‌دست مانع و در امتداد لايه اختلاطي، توزيع طيفي انرژي آشفتگي ضمن همخواني مناسب با توزيع 3/5- كولموگروف، مويد سه بعدي بودن جريان است. با حركت به سمت پايين‌دست، توزيع طيفي انرژي آشفتگي در محدوده فركانس‌هاي پايين، با شيب 3- تنزل مي‌يابد كه مشخصه اصلي ساختارهاي آشفتگي دو بعدي سطحي مي‌باشد. در محدوده باز اتصال مجدد و در انتهاي لايه اختلاطي، مجدداً شيب 3/5- مشخصه غالب توزيع فركانسي انرژي جنبشي آشفتگي است كه در اين حالت، سه بعدي بودن جريان ناشي از نقش تنش برشي بستر و غلبه آن بر ساختارهاي دوبعدي آشفتگي مي‌باشد. وجود دو ناحيه چرخشي غير همسو در پايين‌دست مانع، باعث تغيير در رفتار چرخشي گردابه‌هاي لحظه‌اي داخل لايه اختلاطي شده و همين پديده علاوه بر تغيير در مشخصات لحظه‌اي، ساختار مكاني لايه اختلاطي را نيز تغيير مي‌دهد.

In this paper the measurement of flow pattern along the mixing layer bounding a separation zone using SPIV is peresented. Furthermore, spatial characteristics of the mixing layer have been visualized using uranine dye injection and UV light method. Results of the measurements showed that the maximum turbulent kinetic energy and Reynolds stress occur where the mixing layer characteristics changes. Immediately downstream of the side obstacle the power spectral density of the turbulent fluctuations agrees well with -5/3 slope which is indicative of the 3D turbulent flow. By going downstream, the turbulent energy of the low frequency fluctuations decreases by -3 slopes. This shows that 2D flow structures are dominant. At the reattachment zone, the energy distribution for most of the frequencies decreases by -5/3 slope again. In this part, the turbulent flow generated by the bed friction is responsible for three dimensionality of the turbulent flow. Interaction of two separation zones changes characteristics of the temporal flow structures inside the mixing layer.