Numerical study of a turbulent lobed jet with variable density

Simulation numérique d’un jet turbulent lobé à masse volumique variable

Laboratoire d’aéronautique et des systèmes propulsifs, Faculté de Génie mécanique, Université Mohamed Boudiaf, Oran, Algérie

^a Corresponding author: boulenouarm@yahoo.fr

Received: 8 July 2010
Accepted: 14 November 2011

Abstract

Numerical simulations of the isothermal turbulent jets mixing flows exhausted from two different circular lobed nozzles are presented in the present paper. The numerical studies have been conducted using a Favre-Reynolds Averaged Navier-Stokes approach, using the second-order Reynolds Stress Model (RSM) and structured mesh. The validation of the numerical results with experimental data has been carried out only with one nozzle for the same configuration. This comparison shows reasonable agreement, principally, in terms of centreline longitudinal velocity, longitudinal fluctuating velocity and streamwise vorticity. In the second part, the effects of the inlet isothermal lobed jet on the mixing process with variable density have been studied numerically. For the same area exit geometries (axisymmetric and asymmetric), a qualitative comparison of the numerical results with experimental data have been presented. All these indicated the better mixing enhancement performance of a lobed nozzle over asymmetric and axisymmetric nozzles respectively.

Résumé

Des simulations numériques de jets turbulents et isothermes issus de deux buses lobées sont présentés dans le présent article. Ces études numériques ont été effectuées en utilisant les équations de Navier-Stokes moyennées au sens de Favre, en utilisant aussi un modèle de turbulence de second ordre (RSM). Le maillage choisi est structuré. La validation du modèle de calcul a été faite uniquement avec la première buse pour la même configuration. Cette comparaison montre un accord raisonnable, principalement, en termes de vitesse axiale moyenne, fluctuation axiale moyenne et la vorticité moyenne longitudinale. Dans la deuxième partie, les effets d’un jet lobé turbulent et isotherme à densité variable sur le processus de mélange ont été étudiés numériquement. Pour des surfaces de sortie équivalentes (axisymétriques et asymétriques), une comparaison qualitative des résultats numériques avec les données expérimentales est présentée. La buse lobée présente un meilleur mélange par rapport aux buses asymétrique et axisymétrique respectivement.