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Numerical study of separated cross-flow near a two-dimensional rough wall with narrow apertures and suction

Authors

  • Satya Mokamati,

    Corresponding author
    1. The Pulp and Paper Centre, Department of Mechanical Engineering, University of British Columbia, 2054-6250 Applied Science Lane, Vancouver, BC, Canada V6T 1Z4
    • The Pulp and Paper Centre, Department of Mechanical Engineering, University of British Columbia, 2054-6250 Applied Science Lane, Vancouver, BC, Canada V6T 1Z4.
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  • James A. Olson,

    1. The Pulp and Paper Centre, Department of Mechanical Engineering, University of British Columbia, 2054-6250 Applied Science Lane, Vancouver, BC, Canada V6T 1Z4
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  • Robert W. Gooding

    1. Advanced Fibre Technologies, Montreal, QC, Canada H4A 1G2
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Abstract

The turbulent flow (Re = 1.5 × 105) near a rough wall with narrow apertures has been numerically analysed to study the effect of the aperture geometry and wall suction on the flow characteristics. The aperture entry geometry is characterized by roughness height and roughness width. The roughness height is varied from 0.3 to 1.2 mm and roughness width is varied from 2.6 to 4.0 mm. The wall suction is characterized by slot velocity which is varied from 0.25 to 5 m/s. The flow characteristics in terms of fluid streamlines, flow resistance, wall pressure, and wall shear have been presented for several cases. The results show that the flow through the apertures is dominated by a separation vortex that covers the aperture. As roughness height increased (or slope of the roughness), the vortex size increased. With increasing wall suction, the vortex size decreased and moved towards the aperture opening. The flow resistance characterized by pressure drop across the aperture is significantly high for very low wall suction and it is increased with increasing roughness slope. At higher wall suction the slot velocity and roughness geometry has less influence on flow resistance. Wall pressure and skin friction coefficients are dependent on the ratio of roughness height to width.

Abstract

Le débit turbulent (Re = 1,5 × 105) près d'une paroi rugueuse avec orifices étroits a fait l'objet d'une analyse numérique afin d'étudier l'effet de la géométrie de l'orifice et de la succion de la paroi sur les caractéristiques du débit. La géométrie à l'entrée de l'orifice est caractérisée par la hauteur de la rugosité et la largeur de la rugosité. La hauteur de la rugosité variait de 0,3 à 1,2 mm et la largeur de la rugosité de 2,6 à 4,0 mm. La succion de la paroi est caractérisée par la vélocité de la fente qui variait de 0,25 à 5 m/s. Les caractéristiques du débit en termes de lignes de courant du fluide, de résistance au débit, de pression de paroi et de cisaillement de paroi ont été présentées pour plusieurs cas. Les résultats montrent que le débit par les orifices est dominé par un vortex de séparation qui recouvre l'orifice. À mesure que la hauteur de la rugosité augmente (ou pente de la rugosité), le vortex augmente. En augmentant la succion de la paroi, le vortex diminue et se déplace vers l'ouverture de l'orifice. La résistance au débit caractérisée par une chute de pression au travers de l'orifice est significativement élevée en présence d'une succion de paroi très faible et augmente en présence d'une augmentation de la pente de la rugosité. En présence d'une succion de paroi élevée, la vélocité de la fente et la géométrie de la rugosité ont un moindre impact sur la résistance au débit. Les coefficients de pression de la paroi et le frottement du revêtement sont fonction du ratio hauteur à largeur de la rugosité.

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