Influence of solid surfaces on the evolution of incompressible fluid jets. part 2. jets emerging from an orifice parallel to an infinite solid plane

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A review of works on submerged jets, the evolution of which occurs in the presence of infinite solid planes, is presented. In the first part of the review, problems related to jets emerging from an orifice perpendicular to an infinite plane are considered. The second part of the review will be devoted to jets emerging parallel to an infinite plane, as well as the interaction of jets.

About the authors

A. M. Gaifullin

Central Aerohydrodynamic Institute named after N.E. Zhukovsky

Author for correspondence.
Email: gaifullin@tsagi.ru
Zhukovsky, Russia

A. S. Shcheglov

Central Aerohydrodynamic Institute named after N.E. Zhukovsky

Email: shcheglov@phystech.edu
Zhukovsky, Russia

References

  1. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Influence of solid surfaces on the evolution of incompressible fluid jets. Part 1. Jets emerging from an orifice perpendicular to an infinite solid plane // J. of Appl. Math.&Mech. 2025. vol. 89, no. 5. pp. 679–702.
  2. Akatnov N.I. Propagation of a flat laminar jet of viscous fluid along a solid wall // Proceedings of the Leningrad Polytechnic Institute. 1953. №. 5. pp. 24–31. (In Russian).
  3. Loitsyanskiy L.G. Mechanics of liquids and gases. New York: Begell House, 1995. 971 p.
  4. Glauert M.B. The wall jet // J. of Fluid Mech. 1956, vol. 1, no. 6, pp. 625–643. https://doi.org/10.1017/S002211205600041X
  5. Issa J., Ortego A. Numerical computation of the heat transfer and fluid mechanics in the laminar wall jet and comparison to the self-similar solutions// IMECE2004-61701. pp. 191–197. http://dx.doi.org/10.1115/IMECE2004-61701
  6. Akatnov N.I., Xu Mian-feng. Flat semi-bounded jet on a curved surface // Appl. Mech.&Technical Physics, 1962, vol.3, no. 6, pp. 60–67. (in Russian)
  7. Wygnansky I.J., Champagne F.H. The laminar wall-jet over a curved surface // J.of Fluid Mechanics, 1968, vol. 31, no. 3, pp. 459–465. https://doi.org/10.1017/S0022112068000273
  8. Krechetnikov R., Lipatov I. Hidden invariances in problems of two-dimensional and three-dimensional wall jets for Newtonian and non-Newtonian fluids // SIAM J. on Appl. Math., 2002, vol. 62, no. 6, pp. 1837–1855. https://doi.org/10.1137/S0036139900378906
  9. Craft T.J., Launder B.E. On the spreading mechanism of the three-dimensional turbulent wall jet // J. of Fluid Mech., 2001, vol. 435, pp. 305–326. https://doi.org/10.1017/S0022112001003846
  10. Adane K.K., Tachie M.F. Numerical investigation of three-dimensional laminar wall jet of Newtonian and non-Newtonian fluids //AIAA Journal, 2008, vol. 46, no. 11, pp. 2868–2880. http://dx.doi.org/10.2514/1.37081
  11. Adane K.F.K., Tachie M.F. Experimental and numerical study of laminar round jet flows along a wall //J. of fluids engineering, 2010, vol. 132, no. 10, pp. 101203. http://dx.doi.org/10.1115/1.4002653
  12. But I.I., Gaifullin A.M., Zhvick V.V. Far field of a three-dimensional laminar wall jet // Fluid Dynamics, 2021, vol. 56, no. 6, pp. 812–823. http://dx.doi.org/10.1134/S0015462821060021
  13. Landau L.D, Lifshitz E.M. Fluid Mechanics. Oxford: Pergamon Press, 1987. 539 p.
  14. Shcheglov A.S. Three-dimensional wall jets of incompressible fluid // Dissertation for the degree of cand. of phys.&math. sci. Zhukovsky: 2024. 107 p.
  15. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Self-similarity of a wall jet with swirl // Lobachevskii J. of Math., 2022, vol. 43, no. 5, pp. 1098–1103. http://dx.doi.org/10.1134/S199508022208008X
  16. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Laminar swirling wall jets // Fluid Dynamics, 2024, vol. 58, no. 6, pp. 1033–1041. http://dx.doi.org/10.1134/S0015462823602267
  17. Laminar submerged jets of incompressible fluid at large Reynolds numbers // Physics — Uspekhi, 2022, vol. 66, no. 11, pp. 1142–1153. http://dx.doi.org/10.3367/UFNe.2022.12.039301
  18. Peckham D.H., Atkinson S.A. Preliminary results of low speed wind tunnel tests on a Gothic wing of aspect ratio 1.0 // Aeronautical Research Council. CP 508, 1957. 16 p.
  19. Lanbourne N.C., Bryer D.W. The Bursting of Leading-edge Vortices — Some Observations and Discussion of the Phenomenon // ARC R&M 3282. 1962. 38 p.
  20. Leibovich S. The structure of vortex breakdown // Annual Review of Fluid Mechachics, 1978, vol.10, pp. 221–246. https://doi.org/10.1146/annurev.fl.10.010178.001253
  21. Dalery J.M. Aspects of vortex breakdown // Progress in Aerospace Sciences, 1994, vol. 30, no. 1, pp. 1–59. https://doi.org/10.1016/0376-0421(94)90002-7
  22. On the applicability of various scaling laws to the turbulent wall jet // J. of Fluid Mech., 1992, vol. 234, pp. 669–690. http://dx.doi.org/10.1017/S002211209200096X
  23. Schneider M.E., Goldstein R.J. Laser Doppler measurement of turbulence parameters in a two-dimensional plane wall jet // Physics of Fluids, 1994, vol. 6, no. 9, pp. 3116–3129. http://dx.doi.org/10.1063/1.868136
  24. Eriksson J.G., Karlsson R.I., Persson J. An experimental study of a two-dimensional plane turbulent wall jet // Experiments in Fluids, 1998, vol. 25, pp. 50–60. https://doi.org/10.1007/s003480050207
  25. Irwin H.P.A.H. Measurements in a self-preserving plane wall jet in a positive pressure gradient // J. of Fluid Mech., 1973, vol. 61, no 1, pp. 33–63. https://doi.org/10.1017/S0022112073000558
  26. Rostamy N., Bergstrom D.J., Sumner D. et al. The effect of surface roughness on the turbulence structure of a plane wall jet // Physics of Fluids. 2011. V. 23. № 8. P. 085103. http://dx.doi.org/10.1063/1.3614478
  27. Tang Z., Rostamy N., Bergstrom D.J. et al. Incomplete similarity of a plane turbulent wall jet on smooth and transitionally rough surfaces // J. of Turbulence, 2015, vol. 16, no. 11, pp. 1076–1090. http://dx.doi.org/10.1080/14685248.2015.1054034
  28. Roughness effects on turbulent plane wall jets in an open channel // Experiments in Fluids, 2004, vol. 37, no. 2, pp. 281–292. http://dx.doi.org/10.1007/s00348-004-0816-0
  29. Narasimha R., Yegna Narayan K., Parthasarathy S.P. Parametric analysis of turbulent wall jets in still air // The Aeronautical Journal, 1973, vol. 77, no.3, pp. 355–359. http://dx.doi.org/10.1017/S0001925900006600
  30. George W.K., Abrahamsson H., Eriksson J. et al. A similarity theory for the turbulent plane wall jet without external stream // J. of Fluid Mech., 2000, vol. 425, pp. 367–411. http://dx.doi.org/10.1017/S002211200000224X
  31. Barenblatt G.I., Chorin A.J., Prostokishin V.M. The turbulent wall jet: A triple-layered structure and incomplete similarity // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2005, vol. 102, no. 25, pp. 8850–8853. https://doi.org/10.1073/pnas.0503186102
  32. Dejoan A., Leschziner M. Large eddy simulation of a plane turbulent wall jet // Physics of Fluids, 2005, vol. 17, no. 2, pp. 025102. http://dx.doi.org/10.1063/1.1833413
  33. Banyassady R., Piomelli U. Turbulent plane wall jets over smooth and rough surfaces // J. of Turbulence, 2014, vol. 15, no. 3, pp. 186–207. http://dx.doi.org/10.1080/14685248.2014.888492
  34. Banyassady R., Piomelli U. Interaction of inner and outer layers in plane and radial wall jets // J. of Turbulence, 2015, vol. 16, no. 5, pp. 460–483. http://dx.doi.org/10.1080/14685248.2015.1008008
  35. Kakka P., Anupndi K. Assessment of subgrid-scale models for large-eddy simulation of a planar turbulent wall-jet with heat transfer // Int. J. of Heat&Mass Transfer, 2020, vol. 153, pp. 119593. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119593
  36. Naqavi I.Z., Tyacke J.C., Tucker P.G. Direct numerical simulation of a wall jet: flow physics // J. of Fluid Mech., 2018, vol. 852, pp. 507–542. http://dx.doi.org/10.1017/jfm.2018.503
  37. Ahlman D., Brethouwer G., Johansson A.V. Direct numerical simulation of a plane turbulent wall-jet including scalar mixing // Physics of fluids, 2007, vol. 19, no. 6, pp. 065102. http://dx.doi.org/10.1063/1.2732460
  38. Sforza P.M., Herbst G. A study of three-dimensional, incompressible, turbulent wall jets // AIAA J., 1970, vol. 8, no. 2, pp. 276–283. http://dx.doi.org/10.2514/3.5656
  39. Newman B., Patel R., Savage S. et al. Three-dimensional wall jet originating from a circular orifice // Aeronautical Quarterly, 1972, vol. 23, no. 3, pp. 188–200. http://dx.doi.org/10.1017/S0001925900006089
  40. Law A.W.-K., Herlina H. An Experimental Study on Turbulent Circular Wall Jets // J. of Hydraulic Engin., 2002, vol. 128, pp. 161–174. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:2(161)
  41. Agelin-Chaab M., Tachie M.F. Characteristics of Turbulent Three-Dimensional Wall Jets // J. of Fluids Engin., 2011, vol. 133, no 2, pp. 021201.
  42. Sun H., Ewing D. Effect of Initial and Boundary Conditions on Development of Three-Dimensional Wall Jets // 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit., 2002, pp. 733.
  43. Padmanabham G., Lakshmana Gowda B.H. Mean and Turbulence Characteristics of a Class of Three-Dimensional Wall Jets — Part 1: Mean Flow Characteristics // J. of Fluids Engin., 1991, vol. 113, no. 4, pp. 620–628. http://dx.doi.org/10.1115/1.2926525
  44. Inoue Y., Yano H., Yamashito S. Experimental Study on a Three-Dimensional Wall Jet // J. of Fluid Sci&Techn., 2007, vol. 2, no. 3, pp. 655–664. http://dx.doi.org/10.1299/jfst.2.655
  45. Kumar S., Kumar A. Effect of initial conditions on mean flow characteristics of a three dimensional turbulent wall jet // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: J. of Mech. Engin. Sci., 2021, vol. 235, no. 22, pp. 6177–6190. http://dx.doi.org/10.1177/09544062211014905
  46. Matsuda H., Iida S., Hayakawa M. Coherent Structures in a Three-Dimensional Wall Jet // J. of Fluids Engin., 1990, vol. 112, no. 4, pp. 462–467. http://dx.doi.org/10.1115/1.2909428
  47. Jet diffusion from a circular nozzle above a solid plane // J. of Fluid Mech., 1980, vol. 101, no. 1, pp. 201–221. http://dx.doi.org/10.1017/S0022112080001607
  48. Abrahamsson H., Johansson B., Löfdahl L. An Investigation of the Turbulence Field in a Three-Dimensional Wall Jet // Fluid Mechanics and its Applications, 1996, pp. 417–420. http://dx.doi.org/10.1007/978-94-009-0297-8_119
  49. Swamy N.V.C., Bandyopadhyay P. Mean and turbulence characteristics of three-dimensional wall jets // J. of Fluid Mech., 1975, vol. 71, no. 3, pp. 541–562. http://dx.doi.org/10.1017/S002211207500273X
  50. Pani B.S., Rajaratnam N. Swirling Circular Turbulent Wall Jets // J. of Hydraulic Research, 1976, vol. 14, no. 2, pp. 145–154. http://dx.doi.org/10.1080/00221687609499678
  51. Hall J.W., Ewing D. Three-Dimensional Turbulent Wall Jets Issuing from Moderate-Aspect-Ratio Rectangular Channels // AIAA J., 2007, vol. 45, no. 6, pp. 1177–1186. http://dx.doi.org/10.2514/1.20386
  52. Namgyal L., Hall J.W. Reynolds stress distribution and turbulence generated secondary flow in the turbulent three-dimensional wall jet // J. of Fluid Mech., 2016, vol. 800, pp. 613–644. http://dx.doi.org/10.1017/jfm.2016.404
  53. Khosronejad A., Rennie C.D. Three-dimensional numerical modeling of unconfined and confined wall-jet flow with two different turbulence models // Canadian J. of Civil Engin., 2010, vol. 37, no. 4, pp. 576–587. http://dx.doi.org/10.1139/L09-172
  54. Uddin M., Pollard A., Braly J. Large eddy simulation of 3D square wall jets // 12th Annual Conference on the CFD Society of Canada, 2004.
  55. Kakka P., Anupindi K. Flow and thermal characteristics of three-dimensional turbulent wall jet // Physics of Fluids, 2021, vol. 33, no. 2, pp. 025108. http://dx.doi.org/10.1063/5.0031138
  56. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Flow structure of a three-dimensional turbulent wall jet // Fluid Dynamics, 2023, vol. 58, no. 7, pp. 1266–1276. http://dx.doi.org/10.1134/S0015462823602115
  57. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Laminar swirling wall jets // Fluid Dynamics, 2023, vol. 58, no. 6, pp. 1033–1041. http://dx.doi.org/10.1134/S0015462823602267
  58. Gaifullin A.M., Shcheglov A.S. Swirling three-dimensional wall jet // Lobachevskii J. of Math., 2023, vol. 44, no. 5, pp. 1616–1620. https://doi.org/10.1134/S1995080223050177
  59. Okamoto T., Yagita M. Interaction of twin turbulent circular jet // Bulletin of JSME, 1985, vol. 28, no. 238, pp. 617–622. https://doi.org/10.1299/jsme1958.28.617
  60. Muthuram A., Thanigaiarasu S., Ezhilan V. Experimental Study of Symmetrical and Asymmetrical Twinjet for Low Mach Numbers // Int. J. of Engin. Techn.Sci&Research, 2017, vol. 4, no. 11, pp. 1025–1030.
  61. Zheng X., Jian X., Wei J. et al. Numerical and Experimental Investigation of Near-Field Mixing in Parallel Dual Round Jets // International Journal of Aerospace Engineering. 2016. 12 p. https://doi.org/10.1155/2016/7935101
  62. Yan J., Gui N., Xie G. Direct Numerical Simulation and Visualization of Biswirling Jets // Advances in Mechanical Engineering, 2014, vol. 6, pp. 193731. https://doi.org/10.1155/2014/193731
  63. Volkov K. N., Emelianov V. N., Zazimko V. A. Turbulent jets — statistical models and modeling of large eddies. Moscow: FIZMATLIT, 2013. 360 p. (in Russian)
  64. Zhvick V.V. Evolution and interaction of vortex structures in jet and separated flows // Dissertation for the degree of cand. of phys.&math. sciences, Zhukovsky: 2020, 111 p.
  65. Gaifullin A.M., Zhvick V.V. Interaction between two oppositely swirled submerged jets // Fluid Dynamics, 2019, vol. 54, pp. 339–348. https://doi.org/10.1134/S001546281902006X
  66. Gaifullin A.M., Zubtsov A.V. Diffusion of two vortices // Fluid Dynamics, 2004, vol. 39, pp. 112–127. https://doi.org/10.1023/B:FLUI.0000024817.33826.8d
  67. Yavorskii N.I. Non-axisymmetric submerged jets // J. of Appl. Math.&Mech., 1988, vol. 52, no. 5, pp. 593–602. https://doi.org/10.1016/0021-8928(88)90107-4
  68. Gol’dshtik M.A., Shtern V.N., Yavorsky N.I. Viscous flows with paradoxical properties. Novosibirsk: Nauka. Sib. Otd., 1989. 336 p. (in Russian)
  69. Landau L.D. On one exact solution of the Navier-Stokes equations // Doklady AN SSSR, 1944, vol. 43, no. 7, pp. 299–301. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».