DNS investigation of turbulent flow over a circular recess

The turbulent flow over an isolated recess is characterized, as a consequence of the increasing interest in the so-called dimples, to shed light on its ability to impose a spanwise motion on the flow and reduce drag. The work is based on DNS simulations of a circular recess with a depth-to-diameter ratio of 0.05 placed inside a channel. Turbulent simulations at Reτ = 180 have been carried out and compared to the laminar counterpart. The flow over the recess presents a converging-diverging pattern and creates a spanwise motion, mainly driven by the pressure gradient, similar to the one observed with the spanwise forcing drag reduction methods. The presence of the recess provides a variation of the skin friction, with very similar values for the laminar and turbulent solutions in the upstream half, but with different behavior in the downstream one: the difference in the results seems to be tied to an increase in the Reynolds shear stress, that was pictured using a variation of the FIK (Fukagata-Iwamoto-Kasagi) decomposition which allowed to split the skin friction into a laminar and turbulent part. Some hints on how to modify the geometry of the recess to possibly achieve drag reduction are provided.

Il flusso turbolento su un recesso isolato è caratterizzato, come conseguenza del crescente interesse sulle cosiddette dimples, per ottenere informazioni sulla sua capacità di imporre al flusso un moto trasversale e ridurre l’attrito. Questo studio è basato su una simulazione DNS di un recesso circolare, posto all’interno di un canale, con un rapporto profondità/diametro di 0.05. Sono state eseguite simulazioni turbolente a Reτ = 180 e confrontate con il corrispettivo caso laminare. Il flusso sulla cavità presenta un andamento convergente-divergente e genera un moto trasversale, causato principalmente dal gradiente di pressione, simile a quello osservabile con i cosiddetti metodi di riduzione d’attrito a forzamento trasversale. La presenza del recesso determina una variazione dell’attrito, con valori molto simili per le soluzioni laminari e turbolente nella metà a monte, ma con un comportamento diverso in quella a valle: la differenza nei risultati sembra essere legata a un aumento degli sforzi di Reynolds, che sono stati studiati utilizzando una variazione della decomposizione FIK (Fukagata-Iwamoto-Kasagi) che ha permesso di separare l’attrito in una parte laminare e una turbolenta. Sono forniti infine alcuni suggerimenti su modifiche da apportare alla geometria del recesso in modo tale da poter, possibilmente, ottenere una riduzione di attrito.