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Erschienen in: Experiments in Fluids 10/2014

01.10.2014 | Letter

Experimental determination of three-dimensional finite-time Lyapunov exponents in multi-component flows

verfasst von: Samuel G. Raben, Shane D. Ross, Pavlos P. Vlachos

Erschienen in: Experiments in Fluids | Ausgabe 10/2014

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Abstract

We present an experimental approach for estimating finite-time Lyapunov exponent fields (FTLEs) in three-dimensional multi-component or multi-phase flows. From time-resolved sequences of particle images, we directly compute the flow map and coherent structures, while avoiding and outperforming the computationally costly numerical integration. Performing this operation independently on each flow component enables the determination of three-dimensional Lagrangian coherent structures (LCSs) without any bias from the other components. The locations of concurrent LCSs for different flow elements (e.g., passive tracers, inertial particles, bubbles, or active particles) can provide new insight into the interpenetrating FTLE structure in complex flows.

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Literatur
Zurück zum Zitat Basdevant C, Philipovitch T (1994) On the validity of the “Weiss criterion” in two-dimensional turbulence. Phys D Nonlinear Phenom 73(1)17–30 Basdevant C, Philipovitch T (1994) On the validity of the “Weiss criterion” in two-dimensional turbulence. Phys D Nonlinear Phenom 73(1)17–30
Zurück zum Zitat Lekien F, Ross SD (2010) The computation of finite-time Lyapunov exponents on unstructured meshes and for non-Euclidean manifolds. Chaos 20:017505. doi:10.1063/1.3278516 Lekien F, Ross SD (2010) The computation of finite-time Lyapunov exponents on unstructured meshes and for non-Euclidean manifolds. Chaos 20:017505. doi:10.​1063/​1.​3278516
Zurück zum Zitat Shadden SC, Dabiri JO, Marsden JE (2006) Lagrangian analysis of fluid transport in empirical vortex ring flows. Phys Fluids 18:1MathSciNetCrossRef Shadden SC, Dabiri JO, Marsden JE (2006) Lagrangian analysis of fluid transport in empirical vortex ring flows. Phys Fluids 18:1MathSciNetCrossRef
Metadaten
Titel
Experimental determination of three-dimensional finite-time Lyapunov exponents in multi-component flows
verfasst von
Samuel G. Raben
Shane D. Ross
Pavlos P. Vlachos
Publikationsdatum
01.10.2014
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Experiments in Fluids / Ausgabe 10/2014
Print ISSN: 0723-4864
Elektronische ISSN: 1432-1114
DOI
https://doi.org/10.1007/s00348-014-1824-3

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