Boštjan Zajec, Marko Matkovič, Nejc Kosanič, Jure Oder, Blaž Mikuž, Jan Kren in Iztok Tiselj iz Odseka za Reaktorsko tehniko IJS so objavili članek z naslovom “Turbulent Flow over Confined Backward-Facing Step: PIV vs. DNS” v reviji Applied Sciences.

V članku je predstavljena primerjava direktne numerične simulacije (DNS) toka čez obratno stopnico z novo opravljenimi meritvami z metodo PIV (Particle Image Velocimetry). Simulacija in meritve so bile opravljene v enaki geometriji, v kateri pride do tridimenzionalnega toka. Delo predstavlja prvo eksperimentalno raziskavo s pomočjo metode PIV v naši skupini, med tem ko imamo na področju visko natančnih simulacij že več kot desetletje izkušenj.

Eksperiment in simulacija sta bila opravljena v geometriji obrnjene stopnice z razteznim razmerjem 2.25 in kvadratnim presekom izhodnega kanala. Meritev je bila opravljena na prozorni testni sekcije dolžine 1.2 m in preseka 20 × 45 mm² pred stopnico ter 45 × 45 mm² za stopnico. Reynoldsovo število na osnovi hidravličnega premera vtočnega kanala v obeh primerih znaša 7100. Za serijo meritev smo uporabili dvodimenzionalni PIV sistem z eno hitro kamero in pulznim laserjem na različnih ravninah v dveh prečnih smereh. V eksperimentu obravnavamo časovno povprečene hitrosti, RMS vrednosti in dve komponenti Reynoldsovega napetostnega tenzorja. Primerjava podobnosti in razlik med simulacijo in eksperimentom nudi vpogled v negotovosti obeh metod in kaže, kako dobro ujemanje lahko pričakujemo kadar med seboj primerjamo dve zelo natančni metodi.

Slika 1: Levo: Shema eksperimentalnega kroga. Desno zgoraj: Shema testne sekcije, koordinatni sistem in merilni ravnini z = 0 (zelena) in y = 0 (modra) - v oklepajih so podane brezdimenzijske enote. Dolžina merilnih ravnin v X smeri je približno 25 cm. Desno podaj: Neobdelana slika za PIV analizo na ravnini z = 0.

Slika 2: ÄŒasovno povprečeno hitrostno polje na ravnini z: komponenti hitrosti u in v (zgornja dva grafa), u_RMS, v_RMS, u’v’ (spodnji trije grafi). Rezultate PIV kažejo modre plastnice in barvna skala, rezultate DNS pa črne plastnice.