Physical Overview of the Instability in Laminar Wall-Bounded Flows of Newtonian Fluids at Subcritical Reynolds Numbers

سال انتشار: 1403
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 58

فایل این مقاله در 18 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JHMTR-11-1_002

تاریخ نمایه سازی: 24 شهریور 1403

چکیده مقاله:

This paper reviews the latest findings on instability and subcritical transition to turbulence in wall-bounded flows (i.e., pipe Poiseuille flow, plane channel flow, and plane Couette flow). The main focus was on the early stage of transitional flow and the appearance of coherent structures. The scaling of threshold disturbance amplitude for the onset of natural transition was discussed. Generally, the scaling proved to be in the form of Ac = O(Reg) for Newtonian fluids where Re is the Reynolds number, g ≤ -۱, and Ac is the critical perturbation amplitude. It was noted that exploration of perturbations like vortices, streaks, and traveling waves together with their amplitudes could clarify the instability and transition process. Hence, this paper focused on physical behavior and realizations of the transitional flow. Finally, a summary of consequential implications and some open issues for future works were presented and discussed.

کلیدواژه ها:

نویسندگان

Hamed Mirzaee

Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

Goodarz Ahmadi

Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Clarkson University, Potsdam, NY, USA

Roohollah Rafee

Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

Farhad Talebi

Faculty of Mechanical Engineering, Semnan University, Semnan, Iran

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Eckert, M., ۲۰۲۱. Pipe flow: a gateway to turbulence. Arch. ...
  • Ekman, V.W., ۱۹۱۱. On the change from steady to turbulent ...
  • Pfenniger, W., ۱۹۶۱. Transition in the inlet length of tubes ...
  • Kundu, P.K. and Cohen, I.M., ۲۰۰۸. Fluid mechanics. ۴th ed., ...
  • Meseguer, A. and Trefethen, L.N., ۲۰۰۳. Linearized pipe flow to ...
  • John M.O., Obrist, D. and Kleiser, L., ۲۰۱۶. Secondary instability ...
  • Romanov, V.A., ۱۹۷۲. Stability of plane-parallel Couette flow. Funct. Anal. ...
  • Orszag, S. A., ۱۹۷۱. Accurate solution of the Orr-Sommerfeld stability ...
  • Davey, A. and Drazin, P.G., ۱۹۶۹. The stability of Poiseuille ...
  • Herbert, T., ۱۹۷۶. Periodic Secondary Motions in a Plane channel. ...
  • Nishioka, M., S Iida, S. and Y.Ichikawa, Y., ۱۹۷۵. An ...
  • Patel, V.C. and Head, M.R., ۱۹۶۹. Some observations on skin ...
  • Schmid, P.J. and Henningson, D.S., ۲۰۰۱. Stability and Transition in ...
  • Serrin, J., ۱۹۵۹. Mathematical principles of classical fluid mechanics, In ...
  • Joseph, D.D. and Carmi, S., ۱۹۶۹. Stability of Poiseuille flow ...
  • Shahinpoor, M. and Ahmadi, G., ۱۹۷۲. Stability of Cosserat fluid ...
  • Ahmadi, G., ۱۹۷۶. Stability of a micropolar fluid layer heated ...
  • Mirzaee, H., Ahmadi, G., Rafee, R. and Talebi, F., ۲۰۲۳. ...
  • Yaglom, A. M., ۲۰۱۲. Hydrodynamic instability and transition to turbulence. ...
  • Manneville, P., ۲۰۱۶. Transition to turbulence in wall-bounded flows: Where ...
  • Kuwabara, S., ۱۹۶۷. Nonlinear instability of plane Couette flow. Phys. ...
  • Chapman, S.J., ۲۰۰۲. Subcritical transition in channel flows. J. Fluid ...
  • Davies, S.J. and White, C.M., ۱۹۲۸. An experimental study of ...
  • Meksyn, D. and Stuart, J.T., ۱۹۵۱. Stability of viscous motion ...
  • Stuart, J.T., ۱۹۵۶. On the effects of the Reynolds stress ...
  • Tillmark, N. and Alfredsson, P.H., ۱۹۹۲. Experiments on transition in ...
  • Böberg, L. and Brösa, U., ۱۹۸۸. Onset of Turbulence in ...
  • Trefethen, L.N., Trefethen, A.E., Reddy, S.C. and Driscoll T.A., ۱۹۹۳. ...
  • Landahl, M. T., ۱۹۷۲. Wave mechanics of breakdown. J. Fluid ...
  • Davidson, P. A., ۲۰۱۵. Turbulence: an introduction for scientists and ...
  • Hinze, J.O., ۱۹۷۵. Turbulence. ۲nd ed., McGraw-Hill ...
  • Schmid, P.J. and Henningson, D.S., ۱۹۹۴. Optimal energy density growth ...
  • Jovanović, M.R., ۲۰۲۱. From bypass transition to flow control and ...
  • Farrell, B.F. and Ioannou, P.J., ۱۹۹۳. Stochastic forcing of the ...
  • Bamieh, B. and Dahleh, M., ۲۰۰۱. Energy amplification in channel ...
  • Darbyshire, A.G. and Mullin, T., ۱۹۹۵. Transition to turbulence in ...
  • Fedotov, S., Bashkirtseva, I. and Ryashko, L., ۲۰۰۲. Stochastic analysis ...
  • Bergstrom, L.B., ۲۰۰۳. The effect of the Earth’s rotation on ...
  • Faisst, H. and Eckhardt, B., ۲۰۰۴. Travelling waves in pipe ...
  • Wedin, H. and Kerswell, R.R., ۲۰۰۴. Exact coherent structures in ...
  • Waleffe, F., ۱۹۹۷. On a self-sustaining process in shear flows. ...
  • Hamilton, J.M., Kim, J. and Waleffe, F., ۱۹۹۵. Regeneration mechanisms ...
  • Waleffe, F., ۱۹۹۵. Hydrodynamic Stability and Turbulence: Beyond Transients to ...
  • Hof, B., Van Doorne, C.W., Westerweel, J., Nieuwstadt, F.T., Faisst, ...
  • Mellibovsky, F. and Meseguer, A., ۲۰۰۵. Global finite amplitude perturbations ...
  • Mullin, T. and Peixinho, J., ۲۰۰۶. Recent Observations of the ...
  • Eckhardt, B., Schneider, T.M., Hof, B. and Westerweel, J., ۲۰۰۷. ...
  • Nishi, M., Ünsal, B., Durst, F. and Biswas, G., ۲۰۰۸. ...
  • Loh, S.A. and Blackburn, H.M., ۲۰۱۱. Stability of steady flow ...
  • Floryan, J. M., ۲۰۰۳. Vortex instability in a diverging–converging channel. ...
  • Tasaka, Y., Schneider, T.M. and Mullin, T., ۲۰۱۰. Folded Edge ...
  • Avila, K., Moxey, D., De Lozar, A., Avila, M., Barkley, ...
  • Mullin, T., ۲۰۱۱. Experimental Studies of Transition to Turbulence in ...
  • Krauss, J., Ertunç, Ö., Ostwald, Lienhart, C.H. and Delgado, A., ...
  • Trip, R., Kuik, D.J., Westerweel, J. and Poelma, C., ۲۰۱۲. ...
  • He, S. and Seddighi, M., ۲۰۱۳. Turbulence in transient channel ...
  • Wu, X., Moin, P., Adrian, R.J. and Baltzerd, J.R., ۲۰۱۵. ...
  • Hellström, L.H.O., Ganapathisubramani, B. and Smits, A.J., ۲۰۱۶. Coherent structures ...
  • Novopashin, S.A., Skovorodko, P.A. and Sukhinin, G.I., ۲۰۱۶. Laminar-turbulent transition ...
  • Wu, X., Moin, P. and Adrian, R.J., ۲۰۲۰. Laminar to ...
  • Cerbus, R.T. and Mullin, T., ۲۰۲۱. Driving determines the dynamics ...
  • Zhou, Y., ۲۰۲۱. Turbulence theories and statistical closure approaches. Physics ...
  • Ricco, P. and Alvarenga, C., ۲۰۲۲. Growth of vortical disturbances ...
  • Hattori, H., Wada, A., Yamamoto, M., Yokoo, H., Yasunaga, K., ...
  • Avila, M., Barkley, D. and Hof, B., ۲۰۲۳. Transition to ...
  • Panton, R.L., ۲۰۱۳. Incompressible Flow. ۴th ed., John Wiley & ...
  • Davidson, P.A., ۲۰۲۲. Incompressible fluid dynamics. Oxford University Press ...
  • Kline, S.J., Reynolds, W.C., Schraub, F.A. and Runstadler, P.W., ۱۹۶۷. ...
  • Hossain, M.Z. and Floryan, J.M., ۲۰۱۳. Instabilities of natural convection ...
  • Chandrasekhar, S., ۱۹۶۱. Hydrodynamic and hydromagnetic stability. Clarendon Press ...
  • Draad, A.A., Kuiken, G.D.C. and Nieuwstadt, F.T.M., ۱۹۹۸. Laminar–turbulent transition ...
  • Hof, B., Juel, A. and Mullin, T., ۲۰۰۳. Scaling of ...
  • Meseguer, A., ۲۰۰۳. Streak breakdown instability in pipe Poiseuille flow. ...
  • Mellibovsky, F. and Meseguer, A., ۲۰۰۶. The role of streamwise ...
  • Ben-Dov, G. and Cohen, J., ۲۰۰۷. Instability of optimal non-axisymmetric ...
  • Peixinho, J. and Mullin, T., ۲۰۰۷. Finite-amplitude thresholds for transition ...
  • Mellibovsky, F. and Meseguer, A., ۲۰۰۷. Pipe flow transition threshold ...
  • Mellibovsky, F. and Meseguer, A., ۲۰۰۹. Critical threshold in pipe ...
  • Tao, J., ۲۰۰۹. Critical instability and friction scaling of fluid ...
  • Nikuradse, J., ۱۹۳۳. Stromungsgesetze in Rauhen Rohren. VDI-Forschungsheft, ۳۶۱ ...
  • Schlichting, H. and Gersten, K., ۲۰۱۷. Boundary-Layer Theory. ۹th ed., ...
  • Colebrook, C. F., ۱۹۳۹. Turbulent flow in pipes, with particular ...
  • Cerbus, R.T., Sakakibara, J., Gioia G. and Chakraborty, P., ۲۰۲۰. ...
  • Wygnanski, I. J. and Champagne, F. H., ۱۹۷۳. On transition ...
  • Ozcakir, O., Hall, P. and Blackburn, H.M., ۲۰۲۲. Exact coherent ...
  • Orszag, S.A. and Kells, L.C., ۱۹۸۰. Transition to turbulence in ...
  • Reddy, S.C., Schmid, P.J., Baggett, J.S. and Henningson, D.S., ۱۹۹۸. ...
  • Jovanović, M.R. and Bamieh, B., ۲۰۰۵. Componentwise energy amplification in ...
  • Biaua, D. and Bottaro, A., ۲۰۰۴. Transient growth and minimal ...
  • Schmid, P.J., Lundbladh, A. and Henningson, D.S., ۱۹۹۴. Spatial evolution ...
  • Zienicke, E.A. and Krasnov, D., ۲۰۰۵. Parametric Study of the ...
  • Cohen, J., Philip, J. and Ben-Dov, G., ۲۰۰۹. Aspects of ...
  • Floryan, J.M. and Floryan, C., ۲۰۰۹. Traveling wave instability in ...
  • Kaminski, A.K., Caulfield, C.P. and Taylor, J.R., ۲۰۱۷. Nonlinear evolution ...
  • Roy, P., Weisgraber, T.H. and Alder, B.J., ۲۰۱۷. The Onset ...
  • Sun, Y. and Hemati, M., ۲۰۱۹. Suppressing subcritical transition in ...
  • Ren, J., Fu, S. and Pecnik, R., ۲۰۱۹. Linear instability ...
  • Khan, H.H., Anwer, S.F., Hasan, N. and Sanghi, S., ۲۰۲۱. ...
  • Liu, C., Shuai, Y., Rath, A. and Gayme, D.F., ۲۰۲۳. ...
  • Lundbladh, A., Henningson D.S. and Reddy, S.C., ۱۹۹۴. Threshold amplitudes ...
  • Philip, J., Svizher, A. and Cohen, J., ۲۰۰۷. Scaling Law ...
  • Lemoult, G., Aider, J.L. and Wesfreid, J.E., ۲۰۱۲. Experimental scaling ...
  • Liu, C. and Gayme, D.F., ۲۰۲۱. Structured input–output analysis of ...
  • Couette, M., ۱۸۹۰. Etudes sur le frottement des liquides (Doctoral ...
  • Reichardt, H., ۱۹۵۶. Über die Geschwindigkeitsverteilung in einer geradlinigen turbulenten ...
  • Daviaud, F., Hegseth, J. and Bergé, P., ۱۹۹۲. Subcritical transition ...
  • Bergström, L.B., ۲۰۰۵. Nonmodal growth of three-dimensional disturbances on plane ...
  • Klotz, L., Lemoult, G., Frontczak, I., Tuckerman, L.S. and Wesfreid, ...
  • Klotz, L. and Wesfreid, J.E., ۲۰۱۷. Experiments on transient growth ...
  • Liu, C., Colm-cille, P.C. and Gayme, D.F., ۲۰۲۲. Structured input–output ...
  • Shuai, Y., Liu, C. and Gayme, D.F., ۲۰۲۳. Structured input–output ...
  • Dauchot, O. and Daviaud, F., ۱۹۹۵. Finite amplitude perturbation and ...
  • Floryan, J.M., ۲۰۰۳. Wall-transpiration-induced instabilities in plane Couette flow. J. ...
  • Duguet, Y., Brandt, L. and Larsson, B.R.J., ۲۰۱۰. Towards minimal ...
  • Duguet, Y., Monokrousos, A., Luca Brandt, L. and Henningson, D.S., ...
  • Joglekar, M., Feudel, U. and Yorke, J.A., ۲۰۱۵. Geometry of ...
  • Liu, C. and Gayme, D.F., ۲۰۲۰. Input-output inspired method for ...
  • Kalur, A., Seiler, P. and Hemati, M.S., ۲۰۲۱. Nonlinear stability ...
  • نمایش کامل مراجع