13 septembre 2019

Séminaire X. Chen (1)

Xi CHEN est associate professor à "Beijing University of Aeronautics and Astronautics" (Beihang University), Beijing, China
Scaling of wall turbulence Part I: Mean velocity

While analytical solution of mean properties of wall turbulence remains as a top challenge in classical physics, semi-empirical scaling laws are used as theoretical bases for turbulence engineering predictions. The celebrated logarithmic law describing partially the mean velocity profile (MVP), discovered by Prandtl (1925) and Von Karman (1930), has been verified for over eighty years, yet whether the Karman constant κ is universal and whether power-law is more rational than the log-law are still under vivid debating. In this series of talks (Parts I-III), I will introduce our recent studies (She, Chen & Hussain, JFM 2017; Chen, Hussain & She, JFM 2018; Chen, Hussain & She, JFMRapids 2019) on the scalings of canonical wall-bounded turbulence (i.e. channel, pipe and boundary layer -BL- flows), with discussions on cutting-edge issues in high Reynolds number turbulence.

In today’s talk (Part I), we present a new framework using symmetry analysis to accomplish the description of the entire MVP in three steps. First, effects of fluctuations on the mean (e.g. Reynolds shear stress) are described in terms of a series of characteristic length functions (e.g. the mixing length function). Second, a Lie-group symmetry analysis of the mean momentum equation (MME) is carried out, focusing on the dilation symmetry of the length functions, which yields to three kinds of local dilation-invariant expressions. The first kind – a power-law – characterizes viscous sublayer, buffer layer, log-layer, and a newly identified central core for channel and pipe; the second – a defect power-law – describes the bulk zone; the third kind with a generalized invariant is capable of describing scaling transition between two adjacent layers. Finally, these local invariant expressions of length function are connected to empirically observed multi-layers in simulations. The theory then reinterprets κ as a global coefficient over the entire out flow domain in wall turbulence. Evidence that κ approximately equals 0.45 in channel, pipe and TBL flows will be reported. The new approach yields a 98~99% accuracy description of recently published MVP data for Re covering over three decades, and has been applied to quantify other wall flows including rough pipes, sink flow boundary layer, compressible boundary layer flows, etc.

13 septembre 2019, 10h1512h15
LMFL, M6 Av Paul Langevin, Cité scientifique, Villeneuve d'Ascq

Prochains évènements

Voir l'agenda
08 décembre 2022

Webinaire Fabian Denner

Fabian Denner a obtenu son doctorat à l'Imperial College de Londres en 2013 sur les méthodes numériques pour les écoulements multiphasiques avec tension de surface, suivi d'un post-doc à l'Imperial College. En 2015, Fabian a obtenu une bourse prestigieuse

Fabian Denner a obtenu son doctorat à l'Imperial College de Londres en 2013 sur les méthodes numériques pour les écoulements multiphasiques avec tension de surface, suivi d'un post-doc à l'Imperial College. En 2015, Fabian a obtenu une bourse prestigieuse du Conseil de recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC) du Royaume-Uni, avec laquelle il a poursuivi ses travaux fructueux sur les écoulements avec tension de surface et a étendu ses recherches à de nouveaux domaines, tels que les écoulements compressibles et chargés de tensioactifs. Depuis 2018, Fabian est professeur junior de modélisation des écoulements multiphasiques à l'Otto-von-Guericke-Université de Magdebourg (Allemagne). Ses recherches tournent autour du développement de méthodes numériques et d'outils logiciels pour prédire les écoulements multiphasiques, et de l'application de ces méthodes pour répondre aux questions liées à la physique et aux applications de ces écoulements. Actuellement, les travaux de Fabian se concentrent sur les écoulements interfaciaux avec des surfactants, les écoulements viscoélastiques, les écoulements multiphasiques dans les applications biomédicales, ainsi que sur la cavitation et l'acoustique.