kinetic approach-based investigation of taylorgörtler instability in jets

دراسة قائمة على النهج الحركي لعدم استقرار تايلور-غورتلر في التدفقات النفاثة

Clicks: 268
ID: 233149
2016
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Steady

Ranked #8 of 8 articles by views in bulletin de la societe de pathologie exotique (1990)

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Abstract

The aim of the paper is to study the unstable processes in free supersonic unstable jet flows. The direct method of solving a kinetic equation is used. For numerical solution the finitedifferent schemes are applied. To perform parallel computations a supercomputer MVS-100K is used. The maximum number of processors was 480. A mechanism of instability for a supercritical regime for 3D flows is investigated. Solutions of these problems are made for flows in a wide range of Knudsen number Kn with different aspect ratio of the orifice (square and rectangular forms). Mach number Ma = 1.4 and a ratio of pressure in the orifice and the background pressure np = 3.16. Comparison with results of known experiments is made. In calculations we have observed that for a subcritical regime with the large Knudsen numbers (small Reynolds numbers) a vorticity of the flow fields in the cross sections is equal zero. For supercritical regimes a system of streamwise pair vortices is obtained. That corresponds to theoretical and experimental data. The paper studies such a system of the Taylor-Görtler vortices in different cross-sections in an initial region of a jet. It presents results of numerous computations. When modeling a roughness in the nozzle orifice it has been found that the character of instability with disturbance of the symmetry in the cross-sections downstream is complicated. Based on direct method to solve the kinetic equation the paper, for the first time, studies in detail the character of 3D instability.

Previously, these problems were solved by continuum methods and also for some variants of flows was used the Direct Simulation Monte Carlo method. A potential field of application of the given results is theoretical and experimental investigations with more detailed, in comparison with previous studies, description of unstable supersonic flows, which show the similar features of the Taylor-Görtler instability. Based on conducted study the paper comes to conclusion that the direct methods of the kinetic approach allow us to describe appropriately a mechanism of the transition to the unstable flows in supersonic jets. We believe that a further study will make it possible to show up the characteristics of turbulence in free supersonic jets.

تهدف هذه الورقة البحثية إلى دراسة العمليات غير المستقرة في تدفقات النفث الحر فوق الصوتي غير المستقرة. وتُستخدم الطريقة المباشرة لحل المعادلة الحركية، بينما تُطبَّق مخططات الفروق المحدودة لإيجاد الحل العددي. ولإجراء الحسابات المتوازية، يُستخدم حاسوب فائق من طراز MVS-100K، حيث بلغ الحد الأقصى لعدد المعالجات المستخدمة 480 معالجاً. كما يجري استقصاء آلية عدم الاستقرار في النظام فوق الحرج للتدفقات ثلاثية الأبعاد. وتتحقق حلول هذه المسائل لتدفقات تقع ضمن نطاق واسع لعدد كنودسن Kn بنسب باعية مختلفة للفوهة (الأشكال المربعة والمستطيلة)، وذلك عند عدد ماخ Ma = 1.4 ونسبة ضغط الفوهة إلى الضغط المحيط np = 3.16. وقد أُجريت مقارنة مع نتائج تجارب سابقة معروفة. وتبيّن لنا من خلال الحسابات أنه في النظام تحت الحرج ذي أعداد كنودسن الكبيرة (أعداد رينولدز الصغيرة)، تنعدم دوامية حقول التدفق في المقاطع العرضية. أما في الأنظمة فوق الحرجة، فيتم الحصول على منظومة من أزواج الدوامات الموازية لاتجاه التدفق، وهو ما يتطابق مع البيانات النظرية والتجريبية. وتدرس الورقة منظومة دوامات تايلور-غورتلر هذه في مقاطع عرضية مختلفة ضمن المنطقة الأولية للنفث، كما تعرض نتائج حسابات عددية مستفيضة. وعند نمذجة خشونة فوهة المنفث، تبيّن أن طبيعة عدم الاستقرار المصحوبة باضطراب التناظر في المقاطع العرضية باتجاه مجرى التدفق تصبح معقدة. واستناداً إلى الطريقة المباشرة لحل المعادلة الحركية، تبحث الورقة بالتفصيل، ولأول مرة، في طبيعة عدم الاستقرار ثلاثي الأبعاد.

في السابق، كانت هذه المسائل تُحل باستخدام طرائق ميكانيكا الوسائط المتصلة، كما استُخدمت طريقة محاكاة مونت كارلو المباشرة لبعض حالات التدفق. ويتمثل أحد مجالات التطبيق المحتملة للنتائج المقدَّمة في الدراسات النظرية والتجريبية التي تتطلب وصفاً أكثر تفصيلاً، مقارنة بالدراسات السابقة، للتدفقات فوق الصوتية غير المستقرة التي تُظهر سمات مماثلة لعدم استقرار تايلور-غورتلر. وبناءً على هذه الدراسة، تخلص الورقة إلى أن الطرائق المباشرة للمنهج الحركي تتيح توصيفاً دقيقاً لآلية الانتقال إلى التدفقات غير المستقرة في النفاثات فوق الصوتية. ونعتقد أن إجراء المزيد من الدراسات سيمكّن من توضيح خصائص الاضطراب في تدفقات النفث الحر فوق الصوتي.

Reference Key
rovenskaya2016matematikakinetic Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors ;O. I. Rovenskaya;V. V. Aristov;T. I. Farkhutdinov
Journal bulletin de la societe de pathologie exotique (1990)
Year 2016
DOI
DOI not found
URL
Keywords

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

No comments yet. Be the first to comment on this article.