ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΑΣ ΤΥΡΒΩ ΟΥΣ ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΗΣ ΕΣΜΗΣ ΕΚΡΟΗΣ ΣΤΗΝ ΕΓΓΥΣ ΠΕΡΙΟΧΗ

ΡΟΗ 008 6 η Ε ιστηµονική Συνάντηση για τις Ερευνητικές ραστηριότητες στη Μηχανική Ρευστών στην Ελλάδα Κοζάνη, 8 Νοεµβρίου, 008 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΑΣ ΤΥΡΒΩ ΟΥΣ ΟΡΘΟΓΩΝΙΚΗΣ ΕΣΜΗΣ ΕΚΡΟΗΣ ΣΤΗΝ ΕΓΓΥΣ ΠΕΡΙΟΧΗ Α. Cavo 1, Γ. Λεµονής, Θ. Πανίδης 1 1 Εργαστήριο Τεχνικής Θερµοδυναµικής, Τµήµα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών, tsavos@mech.upatras.gr Ελληνική Αεροπορική Βιοµηχανία Α. Ε. (ΕΑΒ) ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείµενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η πειραµατική εκτίµηση της ανισοτροπίας τυρβώδους ορθγωνικής δέσµης εκροής µε λόγο πλευρών έξι (6). Ως µετρητική διάταξη χρησιµοποιήθηκε η κεφαλή 1-αισθητήρων ανεµοµετρίας θερµού σύρµατος (Hot Wire Anemometry, HWA) αποτελούµενη από τρεις υποοµάδες 4-αισθητήρων. Η διάταξη έχει ήδη πιστοποιηθεί για µετρήσεις στην εγγύς περιοχή ορθογωνικής δέσµης εκροής (Cavo et al 007). Οι µετρήσεις διεξήχθησαν για αριθµό Reynolds, Re D = 1000 σε αποστάσεις από το ακροφύσιο εκροής ίσες προς x/d =1, 3, 6 και 11, όπου D είναι το πλάτος του ακροφυσίου. Τα αποτελέσµατα µε την κεφαλή 1-ασθητήρων εκτιµήθηκαν σε σύγκριση µε πειραµατικά και υπολογιστικά (DNS) αποτελέσµατα άλλων ερευνητών µε διαφορετικό λόγω πλευρών (AR) και αριθµό Reynolds, που αναφέρονται στην εγγύς περιοχή της δέσµης. Τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας έδειξαν ότι η άµεση παραγωγή της τυρβώδους κινητικής ενέργειας από τη µέση διάτµηση για 0<x/D<11 οδηγεί σε πλήρη ανισοτροπία του τυρβώδους πεδίου στην εγγύς περιοχή της δέσµης εκροής. Επιπλέον προκύπτει σαφώς ότι οι δοµές µεγάλης κλίµακας που δηµιουργούνται και αναπτύσσονται στα διατµητικά στρώµατα της δέσµης εκροής δεν επιτρέπουν την ισοτροπία στον κεντρικό άξονα παρά την απουσία µέσης διάτµησης. Λέξεις Κλειδιά: Τυρβώδης δέσµη, ελεύθερη δέσµη εκροής, δέσµη, στρώµατα µίξης. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο τύπος της τυρβώδους δέσµης, που µελετάται στην συγκεκριµένη εργασία είναι αυτός της ορθογωνική δέσµης που εκρέει µέσα σε ακίνητο περιβάλλον (submerged jet). Οι τυρβώδεις ορθογωνικές ελεύθερες δέσµες έχουν πρακτικό ενδιαφέρον για την καύση, την πρόωση και τις περιβαλλοντικές ροές. Η συµπεριφορά της επίπεδης δέσµης λόγω της συγχώνευσης των διατµητικών στρωµάτων είναι συµβατή µε την καταστροφή των δοµών που δηµιουργούνται από την περιέλξη της ροής και το ζευγάρωµα των στροβίλων µε άξονα κατά µήκος της σχισµής (0 x/d 4 5) στην έντονη τρισδιάστατη τύρβη. Τα αποτελέσµατα των Rockwell & Niccols (197) και Brοwne και συν. (1983), δείχνουν ότι στις περιπτώσεις όπου οι κατανοµή της µέσης ταχύτητας στην έξοδο του ακροφυσίου είναι οµοιόµορφη, οι µεγάλης κλίµακας δοµές κοντά στην έξοδο του ακροφυσίου είναι κυρίως συµµετρικές. Όταν τα διατµητικά στρώµατα αλληλεπιδρούν κατά µήκος της ροής, αυτές οι δοµές αναδιοργανώνονται σε µια ασύµµετρη µορφή. Το µεγαλύτερο µέρος των προηγουµένων εργασιών επικεντρώθηκε στην επιρροή του λόγου πλευρών, AR, του ακροφυσίου (AR=L/D, όπου L και D είναι το µήκος και το πλάτος αντίστοιχα του

ακροφυσίου) στην κατανοµή των τυρβωδών στατιστικών του πεδίου ταχύτητας (Sfeir, 1976, 1979, Sforza και συν., 1966, 1979, Marsters & Fotneringham, 1980). Μελέτες των δεσµών αέρα που εκρέουν από αιχµηρά τοιχώµατα ενός ορθογώνιου ακροφυσίου έχουν παρουσιαστεί επίσης από τους Tsuchiya και συν. (1986), Quinn (199), Lozanova & Stankov (1998). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Η πειραµατική διάταξη που χρησιµοποιήθηκε είναι εγκατεστηµένη στο εργαστήριο Τεχνικής Θερµοδυναµικής και αποτελείται από το ακροφύσιο εξόδου, θάλαµο καθησυχασµού, διαχύτη και ανεµιστήρα κινητήρα (σχήµα1α). Το ακτροφύσιο εξόδου επιταχύνει τη ροή και τη φέρνει στις επιθυµητές συνθήκες στο πεδίο µετρήσεων. Για το σχεδιασµού του ακροφυσίου επιλέχτηκε η µέθοδος Börger. Οι απαιτήσεις για τη ποιότητα της ροής στην είσοδο του ακροφυσίου µπορούν να επιτευχθούν µε κατάλληλο σχεδιασµό του θαλάµου καθησυχασµού. Εδώ προσαρµόζονται αποσβεστικά πλέγµατα και κυψελίδα µε σκοπό να εξοµαλύνουν τη ροή, να τη κάνουν δηλαδή οµοιόµορφη, οµογενή και να της µειώσουν το επίπεδο τύρβης. Ο διαχύτης χρησιµοποιείται για την επιβράδυνση της ροής, δηλαδή τη µετατροπή της δυναµικής πίεσης σε στατική, µε κύριες απαιτήσεις την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών απωλειών και τη διατήρηση της οµοιοµορφίας του ροϊκού πεδίου. Το µέγεθος του ανεµιστήρα αποτελεί µια κρίσιµη επιλογή καθώς ένας µικρός ανεµιστήρας είναι χαµηλής απόδοσης, ενώ σε ένα µεγάλο παρουσιάζεται το φαινόµενο του πτερυγισµού. Επιλέχτηκε ανεµιστήρας µε ισχύ 1.5 Kw, συχνότητα 800 rpm και τάση λειτουργίας 0 V. Το πείραµα πραγµατοποιήθηκε σε έναν αριθµό Reynolds Re = U 0 D/ν = 1000, όπου το U 0 είναι η ταχύτητα εξόδου από το ακροφύσιο, D είναι το πλάτος του ακροφυσίου και ν είναι το κινηµατικό ιξώδες του αέρα στην θερµοκρασία περιβάλλοντος, 3 o C. Η κατανοµή της διαµήκους τυρβώδους έντασης στην έξοδο του ακροφυσίου είναι οµοιόµορφη και η τιµή της είναι περίπου 1%, εκτός από τα οριακά στρώµατα κοντά στα τοιχώµατα του ακροφυσίου, όπου η µέγιστη τιµή είναι περίπου %. Λαµβάνοντας υπόψη τον παράγοντα µορφής (shape factor) και την κατανοµή της µέσης ταχύτητας, τα αρχικά οριακά στρώµατα χαρακτηρίζονται ως στρωτά (Hussain & Clark 1977, Lozanova & Stankov 1998). 0.47 0.354 BOERGER NOZZLE Long prong Short prong 5 SCREENS 0.175 1. DIFFUSER tube teflon insulation epoxy prong 45 0 AIR ~13 0.5 Σχήµα 1. α) Πειραµατική διάταξη, και β) χαρακτηριστικά της κεφαλής 1-αισθητήρων

ΜΕΤΡΗΤΙΚΗ ΙΑΤΑΞΗ Η κεφαλή 1-αισθητήρων που χρησιµοποιείται στην παρούσα µελέτη κατασκευάζεται στο εργαστήριο Θερµοδυναµικής και αποτελείται από ένα συνδυασµό τριών κεφαλών τεσσάρων νηµάτων η κάθε µία (διάµετρος νηµάτων.5 µm, µήκος 0.5 mm, σχήµα 1β). Με την κεφαλή 1-αισθητήρων επιτυγχάνεται η ταυτόχρονη µέτρηση και των τριών συνιστωσών της ταχύτητας σε τρία σηµεία σε κάθετο προς τη ροή επίπεδο επιτρέποντας τον υπολογισµό της στροβιλότητας της ροής µέσω υπολογισµού των παραγώγων της ταχύτητας µε τη βοήθεια αριθµητικού σχήµατος διαφορών, ακρίβειας πρώτης τάξης. Η παράγωγος στη διεύθυνση της ροής που πρέπει επίσης να υπολογισθεί για τη µέτρηση του ανύσµατος της στροβιλότητας λαµβάνεται µε εφαρµογή της υπόθεσης Taylor. Η απόσταση µεταξύ των κεφαλών 4-αισθητήρων πρέπει να συµφωνεί µε κριτήρια χωρικής ανάλυσης και ακρίβειας. Στην παρούσα έρευνα κυµαίνεται µεταξύ.η-8.6η (όπου η είναι η κλίµακα Kolmogorov) και κατά συνέπεια η κεφαλή 1-αισθητήρων είναι σε θέση να διαγνώσει όλες τις κλίµακες της στροβιλότητας εκτός από τις πολύ µικρές. Περαιτέρω λεπτοµέρειες για την κατασκευή, βαθµονόµηση και άλλα τεχνικά στοιχειά της κεφαλής 1-αισθητήρων αναφέρονται σε προηγούµενες εργασίες των Cavo και συν. (007) και Lemonis (1995). ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 1.1 Το µέσο πεδίο της ορθογωνικής δέσµης. Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα των Cavo και συν. (007) η µέση ταχύτητα στην έξοδο του ακροφυσίου παρουσίαζε µια σχεδόν οµοιόµορφη κατανοµή (top hat profile) όπως αποδείχτηκε από τις µετρήσεις στη θέση x/d=1. Κατάντι της ροής τα διαγράµµατα διαµορφωνόταν σε κατανοµές τύπου καµπάνας (bell shaped distribution) και ήταν σε συµφωνία µε τα αντίστοιχα διαγράµµατα άλλων ερευνητών. Τα αποτελέσµατα για x/d=6 και 11 έδειξαν ότι όσον αφορά τις κατανοµές της µέσης ταχύτητας µπορεί να τεκµηριωθεί οµοιότητα τουλάχιστον για ένα περιορισµένο διάστηµα, µέσα στην διδιάστατη περιοχή των ορθογώνιων δεσµών. Στις ορθογώνιες δέσµες αέρα οι διαµήκεις παράγωγοι των συνιστωσών της µέσης ταχύτητας θεωρούνται αµελητέες έναντι της εγκάρσιας παραγώγου, x<< y. Αποδείχτηκε στην εργασία των Cavo και συν. (007) ότι η κυρίαρχη συνιστώσα της µέσης στροβιλότητας Ω z = V x U y µπορεί να υπολογιστεί προσεγγιστικά ως U y. 1. Το τυρβώδες πεδίο της ορθογωνικής δέσµης. Το σχήµα απεικονίζει τις εγκάρσιες κατανοµές της ρ.µ.τ. (rms) των διακυµάνσεων των τριών συνιστωσών της ταχύτητας και στροβιλότητας σε διαφορετικές θέσεις. Στην περιοχή του πυρήνα δυναµικού οι διακυµάνσεις τις ταχύτητας και στροβιλότητας αναδεικνύουν την εξάρτηση τους από την αλληλεπίδραση του πυρήνα της δέσµης µε τον περιβάλλοντα αέρα, δηλ. οι τιµές είναι αρκετά χαµηλές στον κεντρικό άξονα της δέσµης και αρκετά υψηλές στα διατµητικά στρώµατα (Cavo και συν. 007). Αυτή η συµπεριφορά µπορεί να συνδεθεί µε το επίπεδο της τύρβης στα οριακά στρώµατα του ακροφυσίου και την περιέλξη των εξωτερικών ροϊκών γραµµών της δέσµης σε ένα στρόβιλο κατά µήκος της σχισµής (Rockwell & Niccolls, 197) στην περιοχή του διατµητικού στρώµατος. Κατά µήκος της ροής οι διακυµάνσεις της στροβιλότητας ανακατανέµονται αρχικά σε µια µεγαλύτερη περιοχή λόγω της συγχώνευσης των δοµών (x/d=3), και εκτείνονται περαιτέρω προς το κέντρο και τις άκρες της δέσµης λόγω της συγχώνευσης των δύο διατµητικών στρωµάτων. 3

v'/u 0 u'/u 0 0,1 w'/u 0 0,16 0,08 0,04 0,00 0,5 0,0 0,15 0,10 0,05 0,00 0,0 0,16 0,1 0,08 x/d=1 x/d=3 x/d=6 x/d=11 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 1, 1,4 1,6 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 1, 1,4 1,6 0,04 0,00 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 1,0 1, 1,4 1,6 0 y/y c 0,0 0,5 1,0 1,5 ω'z D/U 0 ω'y D/U 0 ω'x D/U 0 7 6 5 4 3 1 0 8 7 6 5 4 3 1 0 10 0,0 0,5 1,0 1,5 0,0 0,5 1,0 1,5 8 6 4 x/d=1 x/d=3 x/d=6 x/d=11 y/y c Σχήµα. Οι εγκάρσιες κατανοµές των τυρβωδών εντάσεων των συνιστωσών της ταχύτητας και στροβιλότητας. 1.3 Εκτίµηση της ανισοτροπίας Η άµεση παραγωγή της ενέργειας από τη µέση διάτµηση για 0<x/D<11 οδηγεί σε ανισοτροπία του τυρβώδους πεδίου σε αυτήν την περιοχή της δέσµης. Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τις τιµές της ανισοτροπίας στα διατµητικά στρώµατα στις θέσεις x/d=1, 3, 6 και 11 της παρούσας έρευνας καθώς και τα πειραµατικά αποτελέσµατα άλλων ερευνητών που ελήφθησαν στα διατµητικά στρώµατα για περιοχές πλήρως ανεπτυγµένης τύρβης, µε εξαίρεση τα DNS αποτελέσµατα που ελήφθησαν στην δισδιάστατη δέσµη στη θέση x/d=4 από τους Stanley και συν. (00). Παρατηρείται ότι στην παρούσα εργασία η ανισοτροπία στη θέση x/d=1 είναι πιο ισχυρή από αυτήν στις θέσεις x/d=3 και x/d=6. Επιπλέον υπάρχει µια καλή συµφωνία της τιµής αποτελέσµατα των Wygnanski & Fielder (1970) και Bell & Mehta (1990). uv στη θέσεις x/d=3 και x/d=6 µε τα Τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας µαζί µε αυτά των Stanley και συν. (00) παρουσιάζουν µεγαλύτερη ισοτροπία των ορθών συνιστωσών των τάσεων Reynolds σε σύγκριση µε τα αποτελέσµατα των Gutmark &Wygnanski (1976) και Ramaprian & Chandrasekhara (1985). Η τιµή της διατµητικής τάσης Reynolds uv είναι στο ίδιο επίπεδο µε τις τιµές των άλλων ερευνητών. Στον κεντρικό άξονα της δέσµης για x/d=11 (πίνακας ) η ανισοτροπία αλλάζει σηµαντικά από τα επίπεδα της περιοχής υψηλής-διάτµησης και συµφωνεί αρκετά καλά µε τα αποτελέσµατα των Gutmark & Wygnanski (1976) και Browne και συν. (1983). Είναι σαφές ότι οι δοµές µεγάλης κλίµακας δεν χαλαρώνουν µέχρι την ισοτροπία παρά την απουσία µέσης διάτµησης στον κεντρικό άξονα. Τα DNS αποτελέσµατα των Stanley και συν. (00) δείχνουν ότι η περιοχή της δέσµης για x/d=11 είναι περιοχή οµοιότητας σε αντίθεση µε την αντίστοιχη περιοχή της δέσµης στην παρούσα έρευνα όπου λόγω των διαφορετικών αρχικών συνθηκών κάτι τέτοιο δεν συµβαίνει. 4

Ο πίνακας 3 παρουσιάζει τις ορθές διακυµάνσεις των παραγώγων της ταχύτητας στον άξονα καθώς επίσης και στην περιοχή υψηλής διάτµησης στην θέση x/d=11 όπως αυτές µετρήθηκαν µε την κεφαλή 1-αισθητήρων. Παράλληλα στον πίνακα 3 παρουσιάζονται και οι τιµές µε την µέθοδο DNS. Όσον αφορά τα τρέχοντα αποτελέσµατα, οι αποκλίσεις από την ισοτροπική σχέση / x) = / y) = / z) είναι µεγάλες και στις δύο περιοχές, ενώ οι τιµές στα αποτελέσµατα µε DNS είναι µεγαλύτερες περίπου κατά 1% στα διατµητικά στρώµατα και 3% στον άξονα. Τα αποτελέσµατα µε DNS είναι πιο κοντά στην ισοτροπία επειδή η περιοχή x/d=11 αποκαλείται αυτό-οµοιόµορφη σε αντίθεση µε την παρούσα έρευνα όπου η τύρβη δεν είναι πλήρως ανεπτυγµένη µε συνέπεια η αυτό-οµοιότητα να επιτυγχάνεται για x/d > 11. Όπως φαίνεται στους πίνακες 4 και 5 σχεδόν όλες οι εγκάρσιες διακυµάνσεις των παραγώγων της ταχύτητας, που µετρήθηκαν µε την κεφαλή 1-αισθητήρων, έχουν διαφορετικές τιµές στον άξονα αλλά και στην περιοχή διάτµησης επιβεβαιώνοντας την πλήρη ανισοτροπία της δέσµης στη θέση x/d=11. Επίσης οι τιµές αυτές είναι πολύ µακριά από την ισότροπη τιµή. Αντιθέτως, τα αποτελέσµατα µε τη µέθοδο DNS δείχνουν ότι κοντά στον άξονα αυτοί οι όροι συγκλίνουν αρκετά καλά και οι αναλογίες των εγκάρσιων διακυµάνσεων των παραγώγων µε τις κανονικές διακυµάνσεις των παραγώγων τείνουν στην ισοτροπική τιµή του.0 µε απόκλιση περίπου κατά 9%. Πίνακας 1: Σύγκριση των τυρβωδών εντάσεων στα διατµητικά στρώµατα (y/y c 1) της παρούσας έρευνας για x/d=1, 3, 6 και 11 µε αποτελέσµατα άλλων ερευνητών. Το x/d>30 χαρακτηρίζει αποτελέσµατα σε περιοχές πλήρως αναπτυγµένης ροής uu Πηγή Θέση vv ww uv Παρούσα εργασία x/d=1 x/d=3 x/d=6 x/d=11 0.33 0.3 0.37 0.36 0.47 0.37 0.8 0.8 0.19 0.31 0.36 0.36 0.09 0.1 0.14 0.15 Stanley et al (00) (DNS) x/d=4 x/d=11 0.4 0.37 0.7 0.35 0.31 0.8 0.0 0.13 Wygnanski. & Fiedler (1970) Spencer & Jones (1971) Bell & Mehta (1990) Gutmark. & Wygnanski. (1976) x/d>30 0.43 0.6 0.31 0.13 x/d>30 0.53 0.3 0.3 0.0 x/d>30 0.44 0.7 0.9 0.14 x/d>30 0.59 0.19 0. 0.14 Ramaprian & Chandrasekhara. (1985) + έχει εκτιµηθεί ως x/d>30 y/y c 1 y/y c -1 3 = ( )( u + v ) 0.40 + 0.7 + - 0.4 + 0.4 + - 0.15 + 0.14 + 5

Οι διαφορετικές τιµές άλλα και εκτιµήσεις της µεθόδου DNS µε την παρούσα έρευνα, όπως ήδη υπογραµµίστηκε παραπάνω, οφείλονται στις διαφορετικές αρχικές συνθήκες, στη διαφορετική γεωµετρία του ακροφυσίου όπως και στη διαφορετική φύση των διατµητικών στρωµάτων που αναπτύσσονται στην έξοδο του ακροφυσίου. Πίνακας : Σύγκριση των τυρβωδών εντάσεων στον κεντρικό άξονα,, της παρούσας έρευνας για x/d=11 µε τιµές από άλλες εργασίες. Το x/d>30 χαρακτηρίζει αποτελέσµατα σε περιοχές πλήρως αναπτυγµένης ροής Πηγή uu vv Παρούσα εργασία 0.46 0.9 0.6 DNS Stanley (00) x/d=11 0.37 0.39 0.3 Gutmark & Wygnanski (1976) x/d>30 0.48 0.7 0.4 Ramaprian & Chandr. (1985) x/d>30 0.37+ 0.9+ - Everit & Robins (1978), x/d>30 0.38 0.34 0.8 Brawne και συν. (1983), x/d>30 0.47 0.4 0.9 ww Πίνακας 3: Οι ορθές διακυµάνσεις παραγώγων της ταχύτητας για x/d=11. ( ε /15 v) ( ε /15 v) ( ε /15 v) Τιµή ισοτροπίας 1 1 1 1-wire y/y c 1 0.6 0.1.41 1.95 1.34 1.76 DNS y/y c =±1 0.883 1.014 1.034 0.975 1.095 1.019 Πίνακας 4: Οι εγκάρσιες διακυµάνσεις παραγώγων της ταχύτητας για x/d=11. Τιµή ισοτροπίας.0.0.0 1-wire y/y c 1 5,63 16,94 5,90 1,35 0,34 0,1 DNS y/y c =±1.36.06.30.13 1.58 1.95 Πίνακας 5: Οι εγκάρσιες διακυµάνσεις παραγώγων της ταχύτητας για x/d=11. Τιµή ισοτροπίας.0.0.0 1-wire y/y c 1 0,73 0,83 0,9 0,10 1,13 0,70 DNS y/y c =±1.07 1.96 1.61 1.95.0 1.91 6

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην εργασία αυτή παρουσιάστηκαν πειραµατικά αποτελέσµατα σχετικά µε την εκτίµηση της ανισοτροπίας στην εγγύς περιοχή ορθογωνικής δέσµης εκροής µε λόγο πλευρών 6. Για την µέτρηση των όρων της ανισοτροπίας χρησιµοποιήθηκε κεφαλή δώδεκα νηµάτων, ανεµόµετρου θερµού σύρµατος, ικανή ταυτόχρονης µέτρησης των τριών συνιστωσών των ανυσµάτων ταχύτητας και στροβιλότητας καθώς και των εννέα χωρικών παραγώγων των συνιστωσών της ταχύτητας. Τα πειραµατικά αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας έδειξαν ότι η δηµιουργία και η εξέλιξη των δοµών µεγάλης κλίµακας στα διατµητικά στρώµατα οδηγούν σε πλήρη ανισοτροπία του τυρβώδους πεδίου της ορθογωνικής δέσµης εκροής στην εγγύς περιοχή. Οι διαφορετικές τιµές της παρούσας έρευνα σε σύγκριση µε τα πειραµατικά και υπολογιστικά (DNS) αποτελέσµατα άλλων ερευνητών οφείλονται στις διαφορετικές αρχικές συνθήκες, στη διαφορετική γεωµετρία του ακροφυσίου όπως και στη διαφορετική φύση των διατµητικών στρωµάτων που αναπτύσσονται στην έξοδο του ακροφυσίου. Ένα ισχυρό πλεονέκτηµα των αποτελεσµάτων της παρούσας εργασίας στην εκτίµηση της ανισοτροπίας σε σύγκριση µε άλλες πειραµατικές µελέτες είναι ότι όλοι οι όροι που εξετάζονται έχουν προκύψει από άµεσες µετρήσεις σε αντιδιαστολή µε αντίστοιχες εργασίες στη βιβλιογραφία στις οποίες οι όροι αυτοί προκύπτουν έµµεσα µε βάση παραδοχές. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Bell, J. H., Mehta, R. D. (1990). Development of a two-stream mixing layer from tripped and untripped boundary layers. AIAA J. 8, 034-04.. Browne L. W. B., Antonia RA, Rayagopalan S., Chambers, A. J. (1983). Interaction region of a two dimensional turbulent plane jet in still air. In structure of complex turbulent shear flow (ed. R. Dumas & L. Fulachier), 411-419. Springer. 3. Cavo, A., Lemonis, G., Panidis, Th. (007). Performance of a 1-sensor vorticity probe in the near field of a rectangular turbulent jet. Exp. in Fluids 43, 17-30. 4. Gutmark, E., Wygnaski, I. (1976). The planar turbulent jet. J. Fluid Mech. 73, 465-495. 5. Marsters, G. F., Fotneringham, J. (1980). The influence of aspect ratio on compressible turbulent flows from rectangular slots. Aeronaut. Quart. 31(4), 85-305. 6. Hussain, A. K. M. F., Clark, A. R. (1977). Upstream influence on the near field of a plane turbulent jet. Phys. Fluids 0, 1416-146. 7. Lozanova, M., Stankov, P. (1998). Experimental investigation on the similarity of a 3D rectangular turbulent jet. Exp. in Fluids 4, 470-478. 8. Lemonis G. C. (1995). An experimental study of the vector fields of velocity and vorticity in turbulent flows. PhD Thesis, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich. 9. Quinn, W. R (199). Turbulent free jet flows issuing from sharp-edged rectangular slots: The influence of slot aspect ratio. Exp. Thermal Fluid Sci. 5, 03-15. 10. Ramaprian, B. R., Chandrasekhara, M. S. (1985). LDA measurements in plane turbulent jets. Trans. ASME: J. Fluids. Engng. 107, 64-71. 11. Rockwell, D. O., Niccols, W. O. (197). Natural breakdown of planar jets. Trans. ASM, J. Basic Engng. 94, 70-730. 1. Sfeir, A. A. (1976). The velocity and temperature fields of rectangular jets. Int. J. Heat Mass Transfer 19, 189-197. 13. Sfeir, A. A. (1979). Investigation of three-dimensional turbulent rectangular jets. AIAA J. 17(10), 1055-1060. 14. Sforza, P. M, Steiger, M. H, Trentacoste, N. (1966). Studies on three-dimensional viscous jets. AIAA J. 5(5), 800-806. 15. Stanley, S. A., Sarkar, S., Mellado, J. P. (00). A study of the flow-field evolution and mixing in a planar turbulent jet using direct numerical simulation. J Fluid Mech. 450, 377-407. 7

16. Sforza, P. M, Stasi, W. (1979). Heated three-dimensional turbulent jets. ASME, J. Heat Mass Transfer 101, 353-358. 17. Tsuchiya, Y., Horikoshi C., Sato, T. (1986). On the spread of rectangular jets. Exp. in Fluids 4, 197-04. 18. Wygnanski, I. Fiedler, H. E. (1970). The two-dimensional mixing region. J. Fluid Mech. 41, 37-361. ABSTRACT In the present work the assessment of anisotropy in the near field of a rectangular turbulent jet with aspect ratio 6 has been experimentally investigated. The presented data were obtained by using an inhouse constructed 1-sensor hot wire probe consisting of three closely separated orthogonal 4-hot wire velocity arrays. The probe measures the three components of velocity simultaneously at three closely spaced locations. Spatial velocity derivatives are estimated using a forward difference scheme of first order accuracy. Streamwise velocity derivatives are estimated using Taylor s frozen turbulence hypothesis. The 1-sensor construction and measurement techniue relies upon previous work of Lemonis (1995) and has been further improved and refined at the Laboratory of Applied Thermodynamics of the University of Patras. Measurements have been conducted in a jet with Reynolds number Re D = 1000 at distances from the nozzle, x/d =1, 3, 6 and 11, where D is the width of the nozzle. The performance of the 1-sensor probe was investigated in work of Cavo et al (007). The results indicate that the direct production of turbulent energy by the mean shear leads to a strong anisotropy in the fluctuating fields for 0<x/D<11. Moreover, it is clear that the large scales have not relaxed to isotropy in spite of the absence of the mean shear at the centreline of the jet. 8