Flow field and scouring effects of steady and pulsating jets impinging on a movable bed

Abstract

The flow field and erosion pattern of continuous and pulsating impinging jets has been studied experimentally. The mean velocity field as well as turbulent and pulsation components, wall pressure and wall shear stress distributions were investigated in an axisymmetric air jet impinging upon a rough wall. The results show how harmonic velocity pulsations at the nozzle affect both the mean and the turbulent flow field. Corresponding erosion tests with a vertical water jet impinging upon a uniform sand bed exhibited under certain conditions a greatly enhanced erosion rate. The increase in erosion capacity due to pulsation seems to be due to both the changes in the mean flow field and to the greatly increased lateral correlation of the velocity field in the impinging region.

Etude expérimentale des champs d'écoulement et des schémas d'érosion correspondant à l'impact des jets continus et pulsés, portant sur la détermination de la répartition des vitesses moyennes, ainsi que des composantes turbulentes et pulsatoires de celle-ci, et des répartitions des pressions et des contraintes de cisaillement pariétales, à l'impact d'un jet d'air axisymétrique sur une paroi rugueuse. Les résultats de l'étude font ressortir l'influence des pulsations de vitesse harmoniques, présentes à la sortie de la buse, sur les caractéristiques des champs d'écoulement moyen et turbulent. Des essais correspondants, exécutés avec un jet d'eau vertical retombant sur un fond de sable uniforme, ont mis en évidence, dans certaines conditions, une très sensible intensification des phénomènes d'érosion. L'accroissement du pouvoir érosif du fait des pulsations du jet semble découler, à la fois des variations du champ d'écoulement moyen, et d'une très sensible augmentation de la corrélation latérale du champ des vitesses à l'intérieur de la zone d'impact du jet.