Self‐sustained oscillations in opposed impinging jets in an enclosure

Abstract The flow of jets in confining enclosures has significant application in many engineering processes. In particular, the impingement of axisymmetric jets in a confined space has been examined using flow visualization, laser Doppler anemometry, and numerical simulations. Several flow regions were found; stable steady, regular oscillatory, and irregular oscillatory. Initially, a steady flow field existed for all arrangements for Re d < ˜90 (based on the nozzle diameter d , the fluid kinematic viscosity v and the volumetric flow rate Q through the nozzle ( Q = πd 2 /4 U avg )) but subsequent increments in the fluid velocity caused a regularly oscillating flow field to emerge. The onset of the oscillations and the upper limit of finite oscillations were found to be a function of the Re d , and the nozzle diameter to chamber dimension ratio. Steady numerical simulations predicted the steady flow field well and good agreement was obtained in unsteady simulations of the oscillating flow field. The oscillating flow field is considered to be a class of self‐sustaining oscillations where instabilities in the jet shear layer are amplified because of feed back from pressure disturbances in the impingement region. L'écoulement de jets dans des espaces confinés a des applications importantes dans de nombreux precédés d'ingénierie. On a examiné en particulier la collision de jets axisymétriques dans un espace confiné au moyen de la visualisation des écoulements, de l'anémométrie par laser Doppler et de simulations numériques. On a trouvé plusieurs régions d'écoulement : stable‐stationnaire, régulier‐oscillatoire et irrégulier‐oscillatoire. Initialement, il existe un champ d'écoulement stationnaire pour toutes les configurations lorsque Re d < ˜90 (basé sur le diamètre de tuyère d , la viscosité cinématique du fluide (et le débit volumétrique Q dans la tuyère ( Q = π d 2 4 U avg )); mais une augmentation subséquente de la vitesse du fluide déclenche un champ d'écoulement oscillatoire régulier. On a trouvé que l'apparition des oscillations et la limite supérieure des oscillations finies sont fonction de Re d et du rapport entre le diamètre de l'orifice et la dimension de la chambre. Des simulations numériques stationnaires prédisent bien le champ d'écoulement stationnaire et un bon accord est obtenu pour des simulations non stationnaires du champ d'écoulement oscillant. Le champ d'écoulement oscillant est considéré être une catégorie d'oscillations qui se maintiennent seules dans laquelle les instabilités dans la couche de cisaillement des jets sont amplifiés par un effet retour des perturbations de pression dans la région de collision.