Hybrid RANS / temporal LES modelisation of turbulent flows
Modélisation hybride RANS / LES temporelle des écoulements turbulents
Résumé
In industrial situation, the computation of unsteady and three-dimensional characteristics of complex flows, is often necessary. Large-eddy simulation demands prohibitive computational costs, peculiarly near walls. One of the objectives of hybrid methods, is to optimize the computational cost, by simulating certain areas of flows in RANS mode, and in LES mode elsewhere. The latter centres generally around spatial filtering of the studied variables, while RANS corresponds to a temporal average, in most flows. The PITM approach (Partially Integrated Transport Model ), developed in homogeneous turbulence, is a theoretically justified hybrid method. Its transposition to the temporal context was done previously, showing that, under certain hypotheses, both spatial and temporal versions are formally identical. The PITM method has however difficulties in controlling the resolution level. This thesis suggests a dynamic approach to fix that point. Secondly, the temporal version of PITM, the T -PITM, is compared to DES (Detached Eddy Simulation), a popular but empirical hybrid method. It is shown that both methods produce similar results, providing DES an indirect theoretical justification. The underlying RANS model is the elliptic blending Reynolds-stress model (EB-RSM), accounting for wall effects, using neither damping functions nor wall laws.
En situation industrielle, le calcul des caractéristiques instationnaires et tridimensionnelles d' écoulements complexes, est souvent nécessaire. La simulation des grandes échelles requiert un coût de calcul prohibitif surtout près de parois. L'un des objectifs des méthodes hybrides est d'optimiser le coût de calcul, en simulant certaines zones d'un écoulement en mode RANS et d'autres en mode LES. Cette dernière s'articule en géné́ral autour du filtrage spatial, alors que dans la plupart des écoulements, l'opérateur RANS correspond à une moyenne temporelle. L'approche PITM (Partially Integrated Transport Model ), conçue en turbulence homogène, est une méthode hybride justifié́e thé́oriquement. Sa transposition au contexte temporel (turbulence stationnaire) a déjà été explorée précédemment, montrant que, sous certaines hypothèses, les versions spatiale et temporelle sont formellement identiques. La méthode PITM présente toutefois une certaine difficulté à piloter le niveau de résolution. La présente thèse propose une approche dynamique pour corriger ce point. Dans un second temps, la version temporelle du PITM, le T -PITM, est comparé à la DES (Detached Eddy Simulation), une méthode hybride populaire, mais empirique. Il est montré que les deux méthodes produisent des résultats similaires, conférant une justification théorique par procuration, à la DES. Le modèle RANS sous-jacent est la pondération elliptique, permettant la prise en compte des effets induits par une paroi, sans utiliser de fonctions d'amortissement ni de lois de paroi.
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