Modélisation et simulation numérique avancée du phénomène de décrochage par une méthode hybride RANS/LES avec prise en compte de la transition laminaire-turbulent - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Modeling and advanced numerical computation of airfoil stall using a hybrid RANS/LES method accounting for laminar-turbulent transition

Modélisation et simulation numérique avancée du phénomène de décrochage par une méthode hybride RANS/LES avec prise en compte de la transition laminaire-turbulent

Michel Bouchard
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1131456
  • IdRef : 268687099

Résumé

This work aims primarily at determining by means of hybrid RANS/LES computations the interactions between separation-induced laminar-turbulent transition and the inhomogeneous and unsteady phenomena which appear at the onset of the static stall of an airfoil. In order to fulfill this goal, a general hybrid RANS/LES model taking transition effects into account must be developed, based on ZDES mode 2 (2020), a fully-turbulent method which is resilient to mesh refinement and adverse pressure gradients. First, the RANS gamma-Reynolds(theta,t) transition modeling framework is chosen and then coupled to ZDES mode 2 (2020). Four main aspects of the coupling process are dealt with : RANS treatment of laminar and transitional boundary layers, assurance of the switch to a LES treatment in case of separation of a turbulent boundary layer, preservation of the balace between production and destruction of modeled turbulence in LES regions, and shielding of the gamma-Reynolds(theta,t) behavior when the transition model interacts with the LES branch. Using the previously-developed model, a thorough study of the stalling process of the OA209 airfoil is then conducted. A better estimation of the angle of attack at which static stall occurs is obtained by using a transition model, and by applying a hybrid RANS/LES method. Low-frequency oscillations and large-scale dynamics of the flow are observed. They are the result of a flapping phenomenon of the mixing layer which is produced by the laminar separation at the leading edge. This flapping, in turn, is forced by high-frequency fluctuations which travel from the trailing edge towards the leading-edge in the massively separated region. A scenario is finally proposed to explain the advent of low-frequency oscillations and stall cells, based on a strong interaction between massively separated flow and transition region.
L'objectif premier de ces travaux est de déterminer à l'aide de simulations hybrides RANS/LES les interactions entre transition laminaire-turbulent par bulbe de décollement et phénomènes inhomogènes et instationnaires qui apparaissent lors du décrochage statique d'un profil. Afin de permettre cette étude, un modèle hybride général permettant la prise en compte des effets de la transition doit être développé, basé sur la ZDES mode 2 (2020). Dans un premier temps, le cadre RANS gamma-Reynolds(theta,t) de modélisation de la transition est choisi pour être ensuite couplé au modèle hybride ZDES mode 2 (2020). Quatre enjeux principaux de ce couplage sont étudiés : traitement RANS des zones laminaires et transitionnelles, préservation du passage en branche LES en cas de décollement d'une couche limite turbulente, conservation de l'équilibre entre production et dissipation de la turbulence modélisée en zone LES, et protection du comportement du modèle gamma-Reynolds(theta,t) sous l'influence de la branche LES. Une étude approfondie du décrochage statique du profil OA209 est ensuite menée à l'aide du modèle construit. L'estimation de l'incidence de décrochage est améliorée par l'utilisation du modèle de transition ainsi que par l'emploi d'un modèle hybride. Des oscillations à basse fréquence de l'écoulement sont observées. Elles sont produites par le battement de la couche de mélange au niveau du décollement laminaire. Ce battement est forcé par des fluctuations à haute fréquence intérieures à la zone d'écoulement massivement décollé, se propageant du bord de fuite vers le bord d'attaque. Un scénario est proposé pour expliquer l'apparition d'oscillations basse fréquence et de cellules de décrochage, faisant intervenir une interaction forte entre zone de décollement massif et zone de transition.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04051160 , version 1 (12-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04051160 , version 1

Citer

Michel Bouchard. Modélisation et simulation numérique avancée du phénomène de décrochage par une méthode hybride RANS/LES avec prise en compte de la transition laminaire-turbulent. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Sorbonne Université (France), 2023. Français. ⟨NNT : 2023SORUS004⟩. ⟨tel-04051160⟩
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