Contribution a l'etude de modeles de turbulence au second ordre - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1996

Contribution to the study of second order turbulence models

Contribution a l'etude de modeles de turbulence au second ordre

Anne Cadiou

Résumé

This work is devoted to one-point turbulence modelling
for incompressible turbulent flows.


The behaviour of classical second-order closures for homogeneous turbulence was first observed in the case of flows with superimposed rotation. This study was foccussed on pressure-strain modelling and
allowed a discussion of objectivity and realisability constraints and of
verification of rapid distorsion limit. The closure models were performed
on classical homogeneous flows and compared to direct numerical simulations.
The difficulty of predicting strongly rotating flows
with classical models lead to the development of an homogeneous model based on a
transport equation for the pressure-strain correlation. This equation was obtained
with the help of a spectral description of turbulence. Three
closure hypotheses were formulated for the corresponding dissipative,
slow and rapid terms, according to the classical terminology for Reynolds-stress
equations. The model's performances were compared to those of more classical ones
on the same homogeneous test case as before, as well as on rapidly distorted flows.
The calculations show better behaviour than classical
models especially as for as rapid approximation is concerned.


The influence of walls and inhomogeneous mecanisms are nevertheless two relevant effects
one has to take into account for predicting realistic flows. The second part of the work is devoted
to their analysis. The model presented earlier was then adapted to the fully-developed
channel flow.

The unusual level of this type
of closure makes its application difficult to three-dimensional flows. Therefore the last part of this work is concerned with the validation of classical low-Reynolds closures to simulate flows in complex geometries. One of the second order closure previously examined in the case of the channel flow is validated in a
three-dimensional test case characterized by a strong streamline vortex.
La modelisation statistique en un point d'ecoulements turbulents incompressibles constitue le cadre de ce travail.

Dans un premier temps, l'etude du comportement de modeles homogenes classiques de type Rij-epsilon a ete effectuee pour des ecoulements soumis a des effets de rotation. Cette etude a permis de s'interesser plus particulierement a la modelisation du tenseur des correlations pression-deformation et de discuter des contraintes d'objectivite, de realisabilite, et de verification des etats limites de distorsions rapides. Les modeles choisis ont ete testes sur des ecoulements homogenes classiques et compares a des resultats de simulation directe. Les difficultes de prediction des
ecoulements fortement rotationnels par ces formulations classiques ont conduit au developpement d'un modele homogene base sur l'equation de transport du tenseur des correlations pression-deformation, dont l'expression est deduite d'une description spectrale de la turbulence. Ce modele necessite la fermeture de trois termes, correspondant au tenseur des taux de dissipation et aux termes lent et rapide de l'equation d'evolution du tenseur de Reynolds. Ses performances ont ete comparees aux modeles classiques dans les cas homogenes precedents et pour des ecoulements de distorsions rapides. Les comparaisons ont montre notamment un meilleur comportement du terme rapide de ce modele par rapport aux formulations classiques.



La prise en compte des effets de paroi constitue la deuxieme partie du travail de these. Trois modeles du second ordre bas-Reynolds ont ete appliques au cas du canal plan etabli. Les comportements asymptotiques des modeles ont ete compares a l'aide de developpements de Taylor au voisinage des parois et de resultats de simulation directe. L'extension du modele developpe precedemment pour
des ecoulements homogenes a egalement ete effectuee dans le cas du canal plan.

Le niveau inhabituel de la fermeture proposee rend difficile son application a des configurations tridimensionnelles. La derniere partie de ce travail est par consequent consacree a la validation de fermetures bas-Reynolds classiques, dans le cas d'ecoulements en geometrie complexe. Le comportement de l'un des modeles du second ordre etudie precedemment dans le cas du canal plan est valide sur un cas test tridimensionnel caracterise par un tourbillon longitudinal intense.
Fichier principal
Vignette du fichier
these_cadiou.pdf (9.28 Mo) Télécharger le fichier

Dates et versions

tel-00086507 , version 1 (04-09-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00086507 , version 1

Citer

Anne Cadiou. Contribution a l'etude de modeles de turbulence au second ordre. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 1996. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00086507⟩
368 Consultations
1161 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More