Characterization of Longitudinal Görtler Vortices in a Curved Channel Using Ultrasonic Doppler Velocimetry and Visualizations

(Received 11 October 1995, revised 2 April 1996, accepted 17 April 1996)

Abstract
Spatially developing vortices found in curved boundary layers (Görtler vortices) are investigated experimentally using a new technique for simultaneous velocity measurements on a full spatial profile with the Ultrasonic Doppler Velocimetry (UDV). The two velocity components perpendicular to the main flow direction are measured. We first characterize the spatial growth of the velocity perturbations (radial and transversal) due to the stationary vortices. The sinuous mode of the secondary instability is identified and we find a spatial dependence for the frequency and amplitude of oscillation of the unstable vortex. We illustrate the transition to the turbulent regime showing the clear role of the secondary instabilities in the process.

Résumé
Nous nous intéressons à la croissance spatial de vortex longitudinaux qui apparaissent sous l'effet de la force centrifuge dans une couche limite se développant sur une paroi concave. Cette instabilité induit des perturbations du champs de vitesse perpendiculaires à la direction de l'écoulement moyen. Les profils de vitesse correspondant sont mesurés par Vélocimétrie Doppler Ultrasonor (UDV). Dans le cas de rouleaux stationnaires nous obtenons une évolution spatiale des composantes radiale et transversale de la vitesse dans les tourbillons, caractérisée par une zone de croissance exponentielle suivie d'une zone de saturation due aux nonlinéarités. Dans le cas instationnaire, nous identifions le mode sinueux de l'instabilité secondaire et nous observons une dépendance spatiale de la fréquence et de l'amplitude des oscillations des vortex. Nous illustrons ensuite le rôle moteur de ces instabilités secondaires dans le mécanisme de transition vers le régime turbulent.