Local Dissipation Scales and Integral-Scale Reynolds Number Scalings in Thermally-Driven Turbulence

作者
Ke‐Qing Xia,Quan Zhou
出处
期刊:Journal of physics [IOP Publishing]
卷期号:318 (4): 042016-042016 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1742-6596/318/4/042016
摘要

We present direct multi-point velocity measurements of the two-dimensional velocity fields in a cylindrical Rayleigh-Benard convection cell using the particle image velocimetry (PIV) technique over the Rayleigh number range 5.9 × 10 9 ≲ Ra ≲ 1.1 × 10 11 . The longitudinal integral length scale of the horizontal and vertical velocity fields are obtained at the cell center, near the cell sidewall, and near the bottom plate of the cell, respectively. In addition, the Reynolds number based on these scales, Re Lx and Re Lz , are obtained. It is found that all measured Re L scales as Re L ∼ Ra β , with the exponent β ≃ 0.5, except Re Lx for the horizontal velocity at the cell center, which has a β ≃ 0.75. The local dissipation scale field η at the three different places are also studied. Our results reveal two types of universality of η . The first one is that, for the same flow, the probability density functions (PDF) of η are insensitive to turbulent intensity and large-scale inhomogeneity and anisotropy of the system. The second is that the small-scale dissipation dynamics in buoyancy-driven turbulence can be described by the same models developed for homogeneous and isotropic turbulence. However, the exact functional form of the PDF of the local dissipation scale is not universal with respect to different types of flows, but depends on the integral-scale velocity boundary condition, which is found to have an exponential, not Gaussian, distribution in turbulent Rayleigh-Bénard convection.

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