CFD-13. Modelos de turbulencia Híbridos LES-RANS

En esta entrada sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) continuamos analizando casos de estudio donde la turbulencia juega un papel fundamental. En concreto veremos una comparativa de resultados entre un modelo RANS habitual y un modelo de turbulencia híbrido LES-RANS.

El modelo de estudio, que puede verse mallado en la siguiente imagen, cuenta con un cambio de sección que provoca recirculaciones en la parte inferior del dominio. Los modelos híbridos, al resolver las escalas grandes de los torbellinos, dan un resultado más preciso del comportamiento del fluido en esa zona de recirculación.

Mallado CFD del modelo de estudio

En este caso se va a estudiar el modelo híbrido conocido como DES (Dettached Eddy Simulation) y su modificación IDDES (Improved Delayed DES) que da resultados más precisos si la transición LES-RANS se da en una zona amplia en lugar de una zona de desprendimiento brusco.

Las condiciones de contorno serán de simetría en las paredes laterales y superior y no-slip en la inferior, además del inlet y el outlet. Otros detalles técnicos de la simulación se pueden encontrar en el tutorial disponible en nuestra sección de Descargas.

Simulación CFD y Resultados

Con un modelo de turbulencia SST los resultados de velocidad muestran un perfil bastante uniforme, que se muestra en la siguiente imagen.

Resultados de velocidad con el modelo SST estacionario

Para mejorar los resultados iniciales del DES y el IDDES, se le impone a ambos como condición inicial de presión y velocidad, los resultados estacionarios del SST.

Al realizar las simulaciones se comprueba que cada paso de tiempo del modelo consume bastante más tiempo de CPU que el caso con modelo SST.  El coste computacional de ambos modelos híbridos es muy similar.

Al observar el flujo en el transitorio, se comprueba que el comportamiento es similar con el DES y el IDDES. La teoría dice que los resultados son más realistas empleando el modelo IDDES. El perfil de velocidades capta esta vez las inestabilidades del flujo como muestran las imágenes.

Resultados de velocidad con los modelos híbridos transitorios

En los siguientes mapas, el uso del Q-criterion permite visualizar los vórtices que se generan debido al desnivel.

Resultados de Q-criterion con los modelos híbridos transitorios

Se comprueba que los resultados en este aspecto sí difieren ligeramente entre el DES y el IDDES, siendo más confiables los del IDDES.

Este tipo de simulaciones con modelos de turbulencia híbridos son útiles para visualizar las estructuras de torbellinos que se generan en el dominio en régimen transitorio. Con modelos RANS no se obtienen resultados tan precisos. Para otras simulaciones, especialmente las que buscan representar un estado estacionario, estos modelos aumentan el coste computacional de forma notable habitualmente sin mejoras significativas en los resultados.

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