Turbulence modelling for unsteady flows using URANS and hybrid RANS-LES methods. Accounting for wall effects by elliptic blending. - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Turbulence modelling for unsteady flows using URANS and hybrid RANS-LES methods. Accounting for wall effects by elliptic blending.

Modélisation de la turbulence par approches URANS et hybride RANS-LES. Prise en compte des effets de paroi par pondération elliptique.

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Atabak Fadai-Ghotbi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 841498

Résumé

The aim of this work is to take into account the natural large-scale unsteadiness in separated flows at a lower cost than a LES, and to model the wall effects on turbulence using second moment closures. Following Durbin's approaches, the elliptic blending model EB-RSM reproduces the non-local blocking effect of the wall, by solving a differential equation on the pressure term. The two-component limit of turbulence is well predicted in a channel flow. This model is applied to the backstep flow using URANS methodology. We have shown that the numerical errors at the step corner can be sufficient to excite the natural mode of the shear layer, leading to an unsteady solution. Actually, the solution is steady when the mesh is refined, suggesting that URANS is not reliable. Recently, Schiestel \& Dejoan have proposed the seamless hybrid model PITM. The coefficient $C_{\e_2}$ of the dissipation equation becomes a function of the spectral cutoff, and the value $C_{\e_1}=3/2$ is deduced by these authors. We have given a more general formulation where the coefficient $C_{\e_1}$ can take any value. To provide a more consistent formalism for the seamless hybrid models in near-wall flows, an approach based on temporal filtering is proposed. Finally, an elliptic blending model is developped in a hybrid framework, using PITM methodology. Results in channel flow are encouraging: the seamless transition from a RANS model near the wall, to a LES in the centre of the channel is observed. The energy transfer between modelled and resolved scales is well reproduced when the mesh is refined.
L'objectif de ce travail est de prendre en compte les instationnarités naturelles à grande échelle dans les écoulements décollés et à un coût plus faible que la LES, tout en s'intéressant à la modélisation des effets de paroi par des modèles statistiques au second ordre. S'inspirant des approches de Durbin, le modèle à pondération elliptique EB-RSM reproduit l'effet non-local de blocage, en résolvant une équation différentielle sur le terme de pression. La limite à deux composantes de la turbulence est bien prédite en canal. Ce modèle est appliqué à la marche descendante, dans une approche URANS. Nous avons montré que les erreurs numériques peuvent être suffisantes pour exciter le mode le plus instable de la couche cisaillée, et aboutir à une solution instationnaire. La solution est stationnaire quand on raffine le maillage, rendant l'URANS peu fiable. Récemment, Schiestel \& Dejoan ont proposé le modèle hybride non-zonal PITM. Le coefficient $C_{\e_2}$ de l'équation de la dissipation devient fonction de la coupure dans le spectre, et la valeur $C_{\e_1}=3/2$ est déduite par ces auteurs. Nous avons donné une formulation plus générale où la valeur de $C_{\e_1}$ est quelconque. Pour offrir un formalisme plus cohérent aux modèles hybrides non-zonaux dans les écoulements de paroi, une approche basée sur un filtrage temporel est proposée. Enfin, l'adaptation du modèle EB-RSM dans un cadre hybride a été réalisée. Les résultats en canal sont encourageants : la transition continue d'un modèle RANS en proche paroi à une LES au centre du canal est mise en évidence. Le transfert d'énergie des échelles modélisées vers celles résolues est bien reproduit quand on raffine le maillage.
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Dates et versions

tel-00163592 , version 1 (17-07-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00163592 , version 1

Citer

Atabak Fadai-Ghotbi. Modélisation de la turbulence par approches URANS et hybride RANS-LES. Prise en compte des effets de paroi par pondération elliptique.. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université de Poitiers, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00163592⟩
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