Numerical modeling of turbulent puffs evolution

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The results of numerical simulation of the formation and motion of turbulent puffs resulting from the blowing of pulsed jets with different initial velocities and durations are presented. A model of an axisymmetric turbulent flow described by non-stationary Reynolds equations is adopted. It is shown that, regardless of the initial conditions, after the same dimensionless time interval from the instant the jet outflow begins, a vortex cloud appears, which has a spherical shape of vortex. The vortex-induced flow in the rest of the space is close to potential. It has been established that the velocity profiles in vortices in the axial and transverse directions are close to self-similar and are similar for different conditions of the outflow of pulsed jets. Time dependences of the geometric and kinematic characteristics of puffs are presented and analyzed: the position of the cloud center (points with maximum velocity) and the radius of a sphere equivalent in volume to a puff, as well as maximum and average velocities. For the studied jet outflow conditions, the characteristics of puffs turn out to be similar.

Sobre autores

M. Zasimova

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: zasimova_ma@spbstu.ru
St. Petersburg, Russia

V. Ris

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Email: zasimova_ma@spbstu.ru
St. Petersburg, Russia

N. Ivanov

Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

Autor responsável pela correspondência
Email: zasimova_ma@spbstu.ru
St. Petersburg, Russia

Bibliografia

  1. Nazaroff W.W. Indoor aerosol science aspects of SARS-CoV-2 transmission // Indoor Air. 2022. V. 32. № 1. P. 1–13. https://doi.org/10.1111/ina.12970
  2. Bu Y., Ooka R., Kikumoto H., Oh W. Recent research on expiratory particles in respiratory viral infection and control strategies: A review // Sustainable Cities and Society, 2021. V. 73. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103106
  3. Gupta J.K., Lin C.-H., Chen Q. Flow dynamics and characterization of a cough // Indoor Air. 2009. V. 19. № 6. P. 517–525. https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2009.00619.x
  4. Bourouiba L. The fluid dynamics of disease transmission // Annual Review of Fluid Mechanics. 2021. V. 53. P. 473–508. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-060220-113712
  5. Mazzino A., Rosti M.E. Unraveling the secrets of turbulence in a fluid puff // Phys. Rev. Lett. 2021. V. 127. № 9. P. 1–6. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.094501
  6. Fabregat A., Gisbert F., Vernet A., Dutta S., Mittal K., Pallarès J. Direct numerical simulation of the turbulent flow generated during a violent expiratory event // Physics of Fluids. 2021. V. 33. P. 1–12. https://doi.org/10.1063/5.0042086
  7. Fabregat A., Gisbert F., Vernet A., Ferré J.A., Mittal K., Dutta S., Pallarès J. Direct numerical simulation of turbulent dispersion of evaporative aerosol clouds produced by an intense expiratory event // Physics of Fluids. 2021. V. 33. P. 1–13. https://doi.org/10.1063/5.0045416
  8. Ghaem-Maghami E., Johari H. Concentration field measurements within isolated turbulent puffs // ASME. J. Fluids Eng. 2007. V. 129. P. 194–199. https://doi.org/10.1115/1.2409348
  9. Ахметов Д.Г. Вихревые кольца. Ин-т гидродинамики СО РАН. Новосибирск. Академ. изд-во “Гео”. 2007. 151 с.
  10. Никулин В.В. Массообмен между атмосферой турбулентного вихревого кольца и окружающей средой // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 33–40. https://doi.org/10.31857/S0568528121040101
  11. Andriani R., Coghe A., Cossali G.E. Near-field entrainment in unsteady gas jets and diesel sprays: A comparative study // Symposium (International) on Combustion. 1996. V. 26. № 2. P. 2549–2556. https://doi.org/10.1016/s0082-0784(96)80087-7
  12. Kovasznay L.S.G., Fujita H., Lee R.L. Unsteady Turbulent Puffs // Adv. Geophys. 1975. V. 18. Part B. P. 253–263. https://doi.org/10.1016/S0065-2687(08)60584-1
  13. Richards J.M. Puff motions in unstratified surroundings // J. Fluid Mech. 1965. V. 21. № 1. P. 97–106. https://doi.org/10.1017/S002211206500006X
  14. Sangras R., Kwon O.C., Faeth G.M. Self-preserving properties of unsteady round nonbuoyant turbulent starting jets and puffs in still fluids // ASME. J. Heat Transfer. 2002. V. 124. № 3. P. 460–469. https://doi.org/10.1115/1.1421047
  15. Ghaem-Maghami E., Johari H. Velocity field of isolated turbulent puffs // Physics of Fluids. 2010. V. 22. P. 1–13. https://doi.org/10.1063/1.3504378
  16. Засимова М.А., Иванов Н.Г., Рис В.В. Нестационарная диффузия вирусных частиц в импульсной струе, формируемой в процессе кашля // XVI Минский международный форум по тепло- и массообмену. Тез. докл. и сообщений. Минск: ИТМО им. А.В. Лыкова. 2022. С. 251–255.
  17. Zasimova M., Ris V., Ivanov N. CFD modelling of a pulsed jet formed during an idealized isolated cough // E3S Web of Conferences 2022. V. 356. P. 1–4. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202235605024
  18. Засимова М.А., Иванов Н.Г., Рис В.В. URANS и LES моделирование начальной стадии распространения каплесодержащей воздушной струи, характерной для острых респираторных явлений // М.: Изд. МЭИ. Материалы 8-ой РНКТ. 2022. Т. 1. С. 435–438.
  19. Pallarès J., Fabregat A., Lavrinenko A., et al. Numerical simulations of the flow and aerosol dispersion in a violent expiratory event: Outcomes of the “2022 International Computational Fluid Dynamics Challenge on violent expiratory events” // Physics of Fluids. 2023. V. 35. P. 1–22. https://doi.org/10.1063/5.0143795
  20. Yakhot V., Orszag S.A. Renormalization group analysis of turbulence. I. Basic theory // Journal of Scientific Computing. 1986. V. 1. P. 3–51. https://doi.org/10.1007/BF01061452
  21. Yakhot V., Orszag S.A., Thangam S., Gatski T.B., Speziale C.G. Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique // Physics of Fluids. 1992. V. 4. P. 1510–1520. https://doi.org/10.1063/1.858424
  22. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. Пер. с англ. М.: изд-во “Мир”. 1973. 760 с.
  23. Glezer A., Coles D. An experimental study of a turbulent vortex ring // J. Fluid Mech. 1990. V. 211. P. 243–283. https://doi.org/10.1017/S0022112090001562

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2.

Baixar (36KB)
Metadados
3.

Baixar (289KB)
Metadados
4.

Baixar (625KB)
Metadados
5.

Baixar (98KB)
Metadados
6.

Baixar (111KB)
Metadados
7.

Baixar (51KB)
Metadados
8.

Baixar (126KB)
Metadados
9.

Baixar (74KB)
Metadados
10.

Baixar (81KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2023

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».