Подход к учету взаимодействия RANS- и LES-областей пограничного слоя в расчетах методом SST-IDDES

Автор: Будникова А.О.

Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt

Рубрика: Математика

Статья в выпуске: 4 (56) т.14, 2022 года.

Бесплатный доступ

Гибридные RANS/LES-методы, такие как IDDES, являются привлекательным направлением в моделировании течений с отрывами пограничного слоя, так как они требуют меньшее количество вычислительных ресурсов по сравнению с LES во всей расчетной области и при этом разрешают часть турбулентных движений. Однако в этих методах до сих пор существуют некоторые недостатки, такие как некорректный сдвиг логарифмического участка профиля средней скорости в пограничном слое, а также заниженный коэффициент трения. Считается, что эти эффекты связаны с избыточным подавлением пульсаций скорости на границе RANS- и LES-областей. В данной работе предлагается метод внесения стохастических возмущений в область перехода между RANS и LES. Метод устраняет упомянутые недостатки гибридных методов в случае пограничного слоя на плоской пластине, где они ярко выражены, и не ухудшает решение в расчете течения за закругленной ступенькой, где проблемы менее заметны. Во втором случае использование метода позволило получить небольшое улучшение в описании размера отрыва.

Еще

Rans/les, iddes, гибридный метод, форсинг, ошибки коммутации

Короткий адрес: https://sciup.org/142236623

IDR: 142236623

Список литературы Подход к учету взаимодействия RANS- и LES-областей пограничного слоя в расчетах методом SST-IDDES

  • Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.Kh. and Travin A.K. A hybrid RANS-LES approach with delaved-DES and wall-modelled LES capabilities // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. V. 29, N 6. P. 1638-1649.
  • Chaouat B. The State of the Art of Hybrid RANS/LES Modeling for the Simulation of Turbulent Flows 11 Flow, Turbulence and Combustion. 2017. V. 99, N 2. P. 279-327.
  • Menter F., Huppe A., Matyushenko A., and Kolmogorov D. An Overview of Hybrid RANS-LES Models Developed for Industrial CFD 11 Applied Sciences. 2021. V. 11, N 6. P. 2459.
  • Nikitin N. V., Nicoud F., Wasistho В., Squires K.D. and Spalart P. An approach to wall modeling in large-eddv simulations // Physics of Fluids. 2000. V. 12, N 7. P. 1629-1632.
  • Spalart P., Jou W-H., Strelets M., and Allmaras S. Comments on the Feasibility of LES for Wings, and on a Hybrid RANS/LES Approach // Conference: Advances in DNS/LES. 1997.
  • Saint R., Karimi N., Duan L., Sadiki A. and Mehdizadeh A. Effects of Near Wall Modeling in the Improved-Delaved-Detached-Eddv-Simulation (IDDES) Methodology // Entropy. 2018. V. 20, N 10. P. 771.
  • Yiyu H., Guohao D., Yuanyuan H., Jie W. and Jialing L. Assessment of the IDDES method acting as wall-modeled LES in the simulation of spatially developing supersonic flat plate boundary layers // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2018. V. 12, N 1. P. 89-103.
  • Piomelli IJ., Balaras E., Pasinato H., Squires K.D. and Spalart P.R. The inner-outer layer interface in large-eddv simulations with wall-layer models // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2003. V. 24, N 4. P. 538-550.
  • Hamba F. An approach to hybrid RANS/LES calculation of channel flows // Engineering Turbulence Modeling and Experiments. 2002. V. 5. P. 297-305.
  • Piomelli IJ., Balaras E., Pasinato H., Squires K.D. and Spalart P.R. The inner-outer layer interface in large-eddv simulations with wall-layer models // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2003. V. 24, N 4. P. 538-550.
  • Davidson L. and Billson M. Hybrid LES-RANS using synthesized turbulent fluctuations for forcing in the interface region // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2006. V. 27, N 6. P. 1028-1042.
  • Keating A. and Piomelli U. A dynamic stochastic forcing method as a wall-layer model for large-eddv simulation // Journal of Turbulence. 2006. V. 7. P. N12.
  • Radhakrishnan S., Keating A. and Piomelli U. Wall-Modeled Large-Eddv Simulations of Flows WTith Curvature and Mild Separation // Journal of Fluids Engineering. 2008. V. 130, N 10. P. 101203.
  • Larsson J., Lien F.S. and Yee E. Feedback-controlled forcing in hybrid LES/RANS // International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2006. V. 20, N 10. P. 687-699.
  • Davidson L. and Dahlstrom S. Hybrid LES-RANS: An approach to make LES applicable at high Reynolds number // International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2005. V. 19, N 6. P. 415-427.
  • Hamba F. An Attempt to Combine Large Eddy Simulation with the k-e Model in a Channel-Flow Calculation // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2001. V. 14, N 5. P. 323-336.
  • Davidson L. Non-zonal detached eddy simulation coupled with a steady RANS solver in the wall region // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2021. V. 92. P. 108880.
  • Menter F.R., Kuntz M., and Langtry R. Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model 11 Turbulence, Heat and Mass Transfer. 2003. V. 4. P. 625-632.
  • Власенко В.В., Михайлов С.В., Молев С.С., Трошип А.И., Ширяева А.А. Программа для численного моделирования трехмерных течений с горением в каналах прямоточных воздушно-реактивных двигателей в рамках подходов URANS и DES с применением моделей взаимодействия турбулентности с горением, технологии дробного шага по времени и метода пристеночных функций (zFlare) / Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2019610822 от 18.01.2019.
  • Bosnyakov S., Kursakov I., Lysenkov A., Maty ash S., Mikhailov S., Vlasenko, V., Quest J. Computational tools for supporting the testing of civil aircraft configurations in wind tunnels // Progress in Aerospace Sciences. 2008. V. 44. P. 67-120.
  • Гусева E.K. Анализ и оценка эффективности методов, обеспечивающих ускорение перехода к численно разрешаемой турбулентности при использовании незонных гибридных подходов к расчёту турбулентных течений : Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 2017. СПБГПУ Петра Великого.
  • Crouzeix М. Sur la B-stabilite des methodes de Runge-Kutta // Numerische Mathematik. 1979. V. 32, N 1. P. 75-82.
  • Germano M. A proposal for a redefinition of the turbulent stresses in the filtered Navier-Stokes equations 11 Physics of Fluids. 1986. V. 29, N 7. P. 2323.
  • Gritskevich M.S., Garbaruk A. V., Schutze J. and Menter F.R. Development of DDES and IDDES Formulations for the k-ш Shear Stress Transport Model // Flow, Turbulence and Combustion. 2012. V. 88, N 3. P. 431-449.
  • Бахнэ С.В. Сравнение аппроксимаций конвективных членов в методах семейства DES //Математическое моделирование. 2021. V. 33, N 7. Р. 47-62.
  • Germano М. Properties of the hybrid RANS/LES filter // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2004. V. 17, N 4. P. 225-231.
  • Haering S.W., Oliver T.A., Moser R.D. Active model split hybrid RANS/LES // Physical Review Fluids. 2022. V. 7, N 1. P. 014603.
  • Langlev Research Center, Turbulence Modeling Resource. https://turbmodels.larc.nasa.gov/fiatplate_val.html.
  • Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.Kh. and Travin A.K. Synthetic Turbulence Generators for RANS-LES Interfaces in Zonal Simulations of Aerodynamic and Aeroacoustic Problems // Flow, Turbulence and Combustion. 2014. V. 93, N 1. P. 63-92.
  • Buaria D., Pumir A., Bodenschatz E. and Yeung P.K. Extreme velocity gradients in turbulent flows 11 New Journal of Physics. 2019. V. 21, N 4. P. 043004.
  • Schoenherr K.E. Resistances of flat surfaces moving through a fluid // Transactions of SNAME. 1932. V. 40. P. 279-313.
  • Coles D.E. The law of the wake in the turbulent boundary layer // Journal of Fluid Mechanics. 1956. V. 1, N 2. P. 191-226.
  • Langlev Research Center, Turbulence Modeling Resource. https://turbmodels.larc.nasa.gov/Other_LES_Data/curvedstep.html.
  • Zhang S. and Zhong S. An experimental investigation of turbulent flow separation control by an array of synthetic jets // 5th Flow Control Conference, AIAA Paper. 2010. P. 4582.
  • Bentaleb Y., Lardeau S. Leschziner M.A. Large-eddv simulation of turbulent boundary layer separation from a rounded step // Journal of Turbulence. 2012. V. 13, N 4. P. 1-28.
  • Zhang R., Zhang M., Shu C.W. On the order of accuracy and numerical performance of two classes of finite volume WENO schemes // Communications in Computational Physics. 2011. V. 9, N 3. P. 83-99.
Еще
Статья научная