Tag Archives: strömningsmekanik

Description of the pressure effects in the Reynolds stress transport equations

Samma dag som jag disputerade fick jag en tredje artikel publicerad i det som man brukar kallad reviewed journals, dvs. tidskrifter där varje artikel granskats av typiskt tre andra forskare.

Detta lilla verk (blott två sidor) gillar jag själv bäst. Artikeln söker bringa redan i en långdragen förvirring kring hur man ska dela upp effekterna av trycket i en fluid i en del som motsvarar energiöverföring mellan de olika hastighetskomponenterna (i x-, y- och z-led (eller motsvarande)) och en del som motsvarar en s.k. transportterm.

På 1950-talet gjorde en tysk forskare, J.C. Rotta, en uppdelning som de flesta använt mer eller mindre utan egen reflexion kring uppdelningens eventuella fysikaliska riktighet. På senare år (dvs. i slutet av 1900-talet) hade andra forskare presenterat andra uppdelningar.

Vilken uppdelning var rätt i den meningen att den gav alla termer rimliga fysikaliska tolkningar och att uppdelningens delar uppförde sig rätt i olika strömningar? (Rent matematiskt kan man göra uppdelningen på i stort sätt oändligt antal sätt men den rena matematiken bryr sig ju inte om om den beskriver en verklighet eller inte.)

Nå, genom att göra en noggrann härledning av de studerade ekvationerna och genom att studera hur de olika modellerna uppförde sig i vissa enkla strömningar kunde jag på rent deduktiva grunder visa att Rottas klassiska uppdelning var den rätta. De förslag som framförts senare var inte bara, i belysning av detta, onödiga utan också direkt felaktiga eftersom de förutspådde icke-fysikaliska förlopp. Jag känner att detta korta papper i all sin enkelhet städade upp ett rörig hörn av strömningsmekaniken.

För den som gillar tensoranalys och experiment som utförs i huvudet istället för i labbet rekommenderas artiklen, som finns här, till läsning

BTW, som författare har jag rätt att sprida artikeln men jag måste bifoga följande text från förlaget:


Copyright (1991) American Institute of Physics. This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and the American Institute of Physics.

The following article appeared in Physics of Fluids A and may be found at http://pof.aip.org/pfadeb/v3/i9/p2276_s1?isAuthorized=no .


An algebraic model for nonisotropic turbulent dissipation rate in Reynolds stress closures

Ungefär samtidigt som min första artikel publicerades i JFM så skickade vi in vad som skulle komma att bli artikel nummer två: “An algebraic model for nonisotropic turbulent dissipation rate in Reynolds stress closures”.

Fler experiment hade utförts i vår lilla vindtunnel i källaren på “propellerhuset” på KTH (numera huset med en von Kármanvirvelgata på väggen). Vi hade gett oss på att mäta anisotropin (skillnaden i olika riktningar) i dissipationstermen (“friktionstermen” där rörelsen i turbulensen förvandlas till värme) i en viss typ av modeller av de styrande ekvationerna för turbulensen.

För ändamålet hade vi konstruerat en särskilt fiffig varmtrådssond. Enär det är svårt att mäta dissipationen även i en enkel strömning så hade vi också börjat titta på så kallade direktnumeriska simuleringar (DNS) av turbulensen. Fördelen med DNS är att du inte behöver modellera någonting utan kan angripa de exakta ekvationerna för strömningen. Nackdelen med DNS är att beräkningarna havererar vid höga Reynolds tal (alla vanliga verkliga strömningar har höga, jättehöga eller ännu högre Reynolds tal).

Hur som helst visade experiment och simuleringar att, i motsats till vad nästan alla alltid hade antagit, dissipationen var anisotrop och vad värre var så påverkade detta strömningen på ett sätt som alla på den tiden vanliga modeller inte hade en chans att beskriva. Vi hittade alltså på en ny, och måste jag säga, bättre modell som tog hänsyn inte bara till anisotropin utan också till fundamentala fysikaliska (energi är alltid en positivt storhet) och matematiska (korrekt uppförande i vissa gränser) villkor. Dessutom var modellen snygg och lätt att förstå och använda.

För den som gillar tensoranalys, Fourieranalys och Taylorutvecklingar rekommenderas artikeln som finns här till läsning.

BTW, som författare har jag rätt att sprida artikeln men jag måste bifoga följande text från förlaget:


Copyright (1990) American Institute of Physics. This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and the American Institute of Physics.

The following article appeared in Physics of Fluids A and may be found at http://pof.aip.org/pfadeb/v2/i10/p1859_s1?isAuthorized=no.


Turbulence reduction by screens

I slutet på våren 1988 fick jag besked om att artikeln “Turbulence reduction by screens” blivit slutgiltigt accepterad och skulle komma att publiceras i den anrika tidskriften Journal of Fluid Mechanics i slutet på året.

Detta var ett stort ögonblick eftersom det dels markerade slutet på ett och ett halvt års arbete, dels var min första akademiska artikel.

I all korthet kan jag säga att artikeln behandlar ett klassiskt problem inom strömningsmekaniken: hur nät och galler påverkar turbulensnivåerna i en fluid.

Frågan är viktig då nät finns i många olika tillämpningar (pumpar, vindtunnlar, ventilationstrummar etc.) och “rätt” turbulensnivåer kan minska buller, miska risken för att saker och ting går sönder etc.

På min disputation framhöll opponenten att artikeln kändes klassisk, för att inte säga antik, i valet av forskningsfråga. Så här i efterhand visar det sig att det är den mest citerade av mina artiklar 🙂

För en som är intresserad av klassisk, empirisk strömningsmekanik så finns artikeln här.

Hur länge sedan artikeln skrevs bevisas bäst av att manuskriptet skulle skickas in på papper och att alla bilder skulle skickas in separat “drawn in Indian ink”, vilket i mitt fall innebär att de skickades in som bilder ritade av en färgplotter. Själva texten skrev jag på Macintosh Plus som var utrustad med en extern hårddisk på 20 MB (ja, det står 20 MB).

Nedan följer en komplett referens i det format som föreskrivs och tillhandahålls av JFM.

Turbulence reduction by screens

Johan Groth and Arne V. Johansson (1988).

Journal of Fluid Mechanics, Volume 197, Dec 1988 pp 139-155

http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?aid=403717