Abstract Self-Similarity in turbulent round jets has been the object of investigation from several decades. The evolution of turbulent submerged jets is characterized by the presence of two regions: the region of flow establishment, or near field region (NFR) and the fully developed region (FDR), or far-field region (FFR). The momentum spreading in the FDR is known to be self-similar and few mathematical models have been presented in the past to describe it. The flow evolution in the NFR has been rarely studied since there is a certain consensus on the idea that the flow in the NFR is not self-similar. In this work, we study the flow evolution of a turbulent submerged round jet by means of large eddy simulation (LES) at several Reynolds numbers ranging from 2492 to 19,988. Three new self-similar laws are proposed to describe the flow evolution in the NFR, one for the initial region, called Undisturbed Region of Flow, (URF), and two for the final region, the potential core region (PCR). The numerical results presented in this work are also validated with the self-similar laws for the FDR proposed by Tollmien (1926) and Gortler (1942), and the experimental data of Hussein et al. (1994), and Panchapakesan and Lumley (1993), in the FDR; those of Davies et al. (1963), in the PCR; and van Hout et al. (2018), in the URF. The conclusion is that previous inability to find the self-similarity law in the NFR is due to the attempt to find a unique self-similar variable to describe the momentum spreading in both the URF and the PCR.

中文翻译：

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湍流淹没圆形射流近场区动量传播的大涡模拟及自相似性分析

摘要 几十年来，湍流圆形射流的自相似性一直是研究的对象。湍流淹没射流的演变特征在于存在两个区域：流动建立区域或近场区域 (NFR) 和完全发展区域 (FDR) 或远场区域 (FFR)。众所周知，FDR 中的动量传播是自相似的，过去很少有数学模型来描述它。NFR 中的流动演化很少被研究，因为人们对 NFR 中的流动不是自相似的观点有一定的共识。在这项工作中，我们通过大涡模拟 (LES) 在几个雷诺数范围从 2492 到 19,988 的情况下研究了湍流淹没圆形射流的流动演变。提出了三个新的自相似定律来描述 NFR 中的流动演变，一个用于初始区域，称为未受干扰的流动区域 (URF)，两个用于最终区域，即潜在核心区域 (PCR)。这项工作中提出的数值结果也得到了 Tollmien (1926) 和 Gortler (1942) 提出的 FDR 自相似定律的验证，以及 Hussein 等人的实验数据。(1994) 和 Panchapakesan 和 Lumley (1993)，在罗斯福；戴维斯等人的那些。(1963), 在 PCR 中; 和范豪特等人。(2018), 在 URF。结论是，之前无法在 NFR 中找到自相似定律是由于试图找到一个独特的自相似变量来描述 URF 和 PCR 中的动量传播。两个用于最后一个区域，即潜在核心区域 (PCR)。这项工作中提出的数值结果也得到了 Tollmien (1926) 和 Gortler (1942) 提出的 FDR 自相似定律的验证，以及 Hussein 等人的实验数据。(1994) 和 Panchapakesan 和 Lumley (1993)，在罗斯福；戴维斯等人的那些。(1963), 在 PCR 中; 和范豪特等人。(2018), 在 URF。结论是，之前无法在 NFR 中找到自相似定律是由于试图找到一个独特的自相似变量来描述 URF 和 PCR 中的动量传播。两个用于最后一个区域，即潜在核心区域 (PCR)。这项工作中提出的数值结果也得到了 Tollmien (1926) 和 Gortler (1942) 提出的 FDR 自相似定律的验证，以及 Hussein 等人的实验数据。(1994) 和 Panchapakesan 和 Lumley (1993)，在罗斯福；戴维斯等人的那些。(1963), 在 PCR 中; 和范豪特等人。(2018), 在 URF。结论是，之前无法在 NFR 中找到自相似定律是由于试图找到一个独特的自相似变量来描述 URF 和 PCR 中的动量传播。和 Panchapakesan 和 Lumley (1993)，在罗斯福；戴维斯等人的那些。(1963), 在 PCR 中; 和范豪特等人。(2018), 在 URF。结论是，之前无法在 NFR 中找到自相似定律是由于试图找到一个独特的自相似变量来描述 URF 和 PCR 中的动量传播。和 Panchapakesan 和 Lumley (1993)，在罗斯福；戴维斯等人的那些。(1963), 在 PCR 中; 和范豪特等人。(2018), 在 URF。结论是，之前无法在 NFR 中找到自相似定律是由于试图找到一个独特的自相似变量来描述 URF 和 PCR 中的动量传播。