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Keywords:

  • corrosion;
  • backward-facing step;
  • turbulence;
  • mass transfer;
  • direct numerical simulation

Abstract

Direct numerical simulation has been carried out for turbulent flow set up by a rotating cylinder with two backward-facing steps axisymmetrically mounted in the circumferential direction. This flow geometry creates a qualitatively similar flow pattern as observed near a sudden pipe expansion or a plane backward-facing step, characterized by flow separation and reattachment. A region of intense turbulence intensity and high wall-shear-stress fluctuations is formed in the recirculating region downstream of the step, where high mass-transfer capacity was also experimentally observed. Since corrosion is frequently mass-transfer controlled, our findings put forward this apparatus as a useful tool for future corrosion research.

On a effectué une simulation numérique directe de l'écoulement turbulent créé par un cylindre rotatif ayant deux contractions axisymétriques dans la direction circonférentielle. Cette géométrie crée un profil d'écoulement qualitativement similaire à celui qu'on observe près d'une expansion de conduite soudaine ou d'une contraction planaire, caractérisés par la séparation et le ré-attachement de l'écoulement. Une région d'intense turbulence et de fortes fluctuations de contraintes de cisaillement pariétal se forment dans la région en recirculation en aval de la contraction, où une grande capacité de transfert de matière a également été observée expérimentalement. Étant donné que la corrosion dépend souvent du transfert de matière, nos résultats font la promotion de cet appareillage en tant qu'outil utile pour la recherche future sur la corrosion.