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Theses Year : 2001

Study of the inlet conditions influence on backward-facing-step flow by Large Eddy Simulation

Influence des conditions amont sur l'écoulement derrière une marche par la Simulation des Grandes Echelles

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Abstract

In this study, Large Eddy Simulations of the flow over a backward-facing-step are used to investigate the influence of upstream boundary conditions on the development of turbulent structures.
The first inlet condition consists of a mean turbulent profile perturbed by white-noise. This condition is compared to a second, more realistic one, in which fully turbulent inflow data is derived from an auxiliary simulation of a quasi-temporal boundary layer. Velocity and pressure statistics, supplemented by flow visualizations demonstrate how the flow in the separated shear layer is modified by the inlet condition.
In the case where the inlet stemmed from a precursor simulation, it was found that the incoming turbulent structures significantly influence the flow development downstream of the step expansion. In particular, it is shown how the streaks and the quasi-streamwise vortices trigger a rapid destabilization of the shear layer which results in a shortening of the reattachment length.
The flowfields of both simulations evolve in such a way that their structure is relatively similar in the vicinity of the reattachment zone. Beyond this region this inlet condition has a negligible influence over the flow.
Analysis of the temporal spectra of the flowfield showed two regimes of low oscillations inherent to this type of configuration, namely, the oscillation of the mean reattachment and the flapping of the detached shear-layer. Finally, modification of the interaction between the shear layer and the recirculation bubble is proposed to explain the increase in low-frequency unsteadiness.
Dans cette étude on présente les résultats de simulations numériques réalisées sur un écoulement de marche descendante. L'influence de la condition aux limites amont est examinée alors que les calculs sont menés au moyen de la méthode de Simulation des Grandes Echelles.
La première condition d'entrée considérée est constituée d'un profil de vitesse moyen turbulent perturbé par un bruit blanc. Les données de la seconde condition d'entrée sont quant à elles issues d'un calcul précurseur de couche limite turbulente.
Les visualisations de l'écoulement et l'examen des statistiques portant sur les vitesses et la pression montrent comment la couche cisaillée après la séparation est modifiée par la nature de la condition d'entrée.
Dans le cas de la simulation utilisant un calcul précurseur en entrée, l'étude révèle l'influence déterminante des structures de la couche limite incidente. Notamment, on montre de quelle manière les courants de basses et hautes vitesses ainsi que les tourbillons quasi-longitudinaux associés sont responsables de la déstabilisation précoce de la couche cisaillée, conduisant alors à la réduction de la taille de la bulle de recirculation.
Pourtant, malgré les différences de conditions initiales, les écoulements des deux simulations développent une structure relativement similaire à l'approche du rattachement, si bien que l'influence de la condition d'entrée est négligeable, dans cette zone et plus loin dans l'écoulement. Le contenu spectral des deux écoulements est aussi examiné, permettant ainsi de mettre en évidence les deux régimes d'oscillations basses fréquences caractéristiques de ce type de configuration : l'oscillation du rattachement moyen et le battement de la couche cisaillée. La modification de la nature du couplage entre la couche cisaillée et la recirculation principale est rendue responsable du décalage observé pour la fréquence de battement.
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Dates and versions

tel-00410462 , version 1 (20-08-2009)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00410462 , version 1

Cite

Alexandra Danet. Influence des conditions amont sur l'écoulement derrière une marche par la Simulation des Grandes Echelles. domain_other. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00410462⟩

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