A method for the analysis of recirculating turbulent flows in a cavity

The complex fluid-dynamic aspects of a turbulent recirculating flow in a cavity with axial throughflow, and a rotating wall, were investigated by adopting a simple procedure for evaluating the turbulent stresses. The flow field was divided into two regions, a core and a wall region respectively. A wall function was adopted in the zones near to the solid boundaries, while a constant eddy diffusivity was assumed, in the core, following the indications of computed heat transfer coefficients in comparison with existing experimental data. The distributions of the stream function and of the tangential velocity are presented for a range of the rotational Reynolds number of the rotating wall and of the Reynolds number of the throughflow.

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Turbulente Rezirkulationsströmung in einem Hohlraum

Zusammenfassung Die komplizierten fluiddynamischen Aspekte einer turbulenten Rezirkulationsströmung in einem Hohlraum mit axialem Durchfluß und einer rotierenden Wand werden unter Verwendung einer vereinfachten Methode zur Berechnung der turbulenten Spannungen betrachtet. Das Strömungsfeld wird in einen Kern und einen Wandbereich aufgeteilt. Für die wandnahen Zonen wird eine Wandfunktion angenommen, während im Kern mit konstanter Wirbeldiffusivität gerechnet wird, was durch den Vergleich berechneter mit gemessenen Wärmeübergangskoeffizienten gerechtfertigt erscheint. Verteilungen der Stromfunktion und der tangentialen Geschwindigkeit sind für einen bestimmten Bereich der Reynoldszahlen für die Wandrotation und der für den Durchfluß angegeben.

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Nomenclature L axial length of enclosure - P dimensionless pressure, p^*2 - p static pressure - R dimensionless radial coordinate, r/r^* - r radial coordinate - r^* reference length, equal to r_O for enclosure - r_i radii of inlet and exit apertures - Re Reynolds number, v^*r^*/ - Re_i pipe Reynolds number, ¯v_zi(2r_i)/ - Re_t turbulent Reynolds number, Re(/) - Re rotational Reynolds number, r₀²/ - t dimensionless time,t/(r^*/v^*) - t time - V_r, V, Vz dimensionless velocity components, V_r/v^*, v, v_z/v^* - v_i turbulent fluctuation of the i-component of velocity - v_r, v, v_z velocity components - v^* reference velocity, equal to ¯v_zi for enclosure - X coordinate along a wall, x/r^* - Y coordinate normal to a wall, y/r^* - Z dimensionless axial coordinate, z/r^* - z axial coordinate - eddy diffusivity for momentum - dynamic viscosity - kinematic viscosity - density - shear stress - dimensionless shear stress, /v^*2 - dimensionless stream function, /r*²v*² - stream function - angular velocity - tangential vorticity component - ()_eff effective - ()_l laminar - ()_t turbulent - mean over the time