Laminar-to-Turbulent Transition of Yield-Stress Fluids in Pipe and Channel Flows

湍流 机械 层流 雷诺数 层流-湍流转变 管道流量 明渠流量 Kε湍流模型 物理 粒子图像测速 直接数值模拟 湍流动能 火花塞 雷诺应力 材料科学 过渡点 层流下层 涡流 频道(广播) 塞流 涡流 湍流模型 经典力学 雷诺应力方程模型 测速 工作(物理) 产量(工程) K-omega湍流模型 颗粒流 热力学 统计物理学 混合(物理)
作者
Shivam K. Prajapati,Prasoon Suchandra,Vivek Kumar,Ardalan Javadi,Suhas S. Jain,Cyrus K. Aidun
摘要

We present direct numerical simulations (DNS) of laminar to turbulent transition in Herschel-Bulkley (HB) yield-stress fluids flowing through pipes and rectangular channels. The simulations employ a Herschel-Bulkley formulation that captures the yield-stress-driven plug, its breakdown, and the emergence of near-wall turbulent structures, enabling direct resolution of the transition mechanisms. The DNS cover a broad range of generalized Reynolds numbers, Re_G = 378 to 5300, allowing us to resolve plug formation, transition onset, and fully turbulent regimes. In pipe flow, the simulations reproduce the characteristic transition sequence, which includes a strong plug and negligible turbulence at low Re_G, a sharp rise in turbulence intensity and u'rms within a narrow transitional window (Re_G ~ 2000 to 3000), and wall-dominated turbulence with a weakened core at higher Re_G. Transition occurs only when local Reynolds stresses exceed the yield stress. The resulting regime boundaries (Re_G < 1735 laminar, 1735 < Re_G < 2920 transitional, and Re_G > 2920 turbulent) align with trends reported for Carbopol fluids. This work provides the first DNS resolving the complete laminar to turbulent transition in HB fluids for both pipe and channel configurations, offering unified insight into plug breakdown, turbulence localization, and the role of yield stress in transition mechanisms. Experimental validation using a 3.6 m acrylic channel with particle image velocimetry (PIV) is planned to further assess the DNS predictions and quantify geometry-dependent transition thresholds.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
2秒前
3秒前
3秒前
Coco发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
5秒前
小二郎应助吃个大笼包采纳,获得10
5秒前
junyi_zhao完成签到,获得积分10
7秒前
天思完成签到,获得积分10
7秒前
草莓猫猫虫完成签到,获得积分10
8秒前
怡然新之发布了新的文献求助10
8秒前
lili完成签到,获得积分10
9秒前
灵凌琳发布了新的文献求助10
10秒前
Amnesia1102完成签到 ,获得积分10
10秒前
11秒前
xun完成签到,获得积分10
11秒前
七安完成签到 ,获得积分10
11秒前
123发布了新的文献求助10
11秒前
结实的小土豆完成签到,获得积分10
12秒前
yayaya应助钢铁侠采纳,获得10
13秒前
养猪的张三完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
14秒前
丘比特应助dkm采纳,获得10
15秒前
15秒前
酷波er应助xingfangshu采纳,获得10
15秒前
15秒前
16秒前
PhD_HanWu发布了新的文献求助10
17秒前
18秒前
18秒前
SciGPT应助HH采纳,获得10
19秒前
失眠世立发布了新的文献求助10
19秒前
科研通AI6.3应助Coco采纳,获得10
19秒前
XHH1994发布了新的文献求助10
19秒前
19秒前
20秒前
大模型应助123采纳,获得10
21秒前
21秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
ズームレンズの光学設計に関する研究 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7279461
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8900720
关于积分的说明 18826458
捐赠科研通 6951582
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3207194
关于科研通互助平台的介绍 2377539
邀请新用户注册赠送积分活动 2182205