On the onset of separation in turbulent boundary layer flow over two-dimensional humps of various size

Summary

The available laboratory data of turbulent boundary layer flow over two-dimensional obstacles have been examined in order to identify the parameters (such as the aspect ratio or the surface roughness) driving the onset of separation. A comparison with some linearized models suitable for atmospheric applications is also made. It results that i) the model response can be highly sensitive to the detailed shape of the obstacle; ii) the ratio between obstacle length and boundary layer thickness is relevant in determining the pressure perturbation near the surface; iii) the surface shear stress is poorly described in most cases and in particular in the obstacle wake.

Riassunto

I dati di laboratorio disponibili, relativi a strati limite turbolenti su ostacoli bidimensionali, sono stati esaminati al fine di identificare i parametri guida della separazione (quali la pendenza o la rugosità della superficie). Inoltre è stato fatto un confronto con i risultati di alcuni modelli linearizzati adatti per applicazioni atmosferiche. Ne risulta che i) la risposta del modello è molto sensibile alla forma dettagliata dell’ostacolo; ii) il rapporto fra la lunghezza dell’ostacolo e lo spessore dello strato limite turbolento incidente è importante nel determinare la perturbazione della pressione vicino alla superficie; iii) lo «shear stress» superficiale non è riprodotto con accuratezza nella maggioranza dei casi, in particolare nella scia dell’ostacolo.

Резюме

Анализируются имеющиеся лабораторные данные по турбулентному течению в пограничном слое над двумерными препятствиями, чтобы идентифицировать параметры (такие как аспектное отношение или шероховатость поверхности), определяющие возникновение отрыва. Проводится сравнение с некоторыми линеаризованными моделями, удобными для атмосферных приложений. Получены следующие результаты: 1) модельный отклик может быть очень чувствительным к детальной форме препятствия; 2) отношение между длиной препятствия и толщиной поверхностного слоя является существенным при определении возмущения давления вблизи поверхности; 3) напряжение поверхностного сдвига плохо описывается в большинстве случаев и, в частности, в спутной струе.