CFD-14. Transición con modelos de turbulencia híbridos.

En esta nueva entrada sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) estudiaremos un modelo de turbulencia avanzado que combina las ideas del modelo híbrido LES-RANS con la capacidad de representar los efectos de transición laminar-turbulento.

Realizaremos un estudio con un flujo de transición inestable alrededor de un cilindro. Los pasos a seguir se encuentran en el tutorial disponible en nuestra sección de Descargas. A continuación mostraremos los resultados más relevantes comparando un modelo híbrido con uno completamente turbulento.

Preparación del modelo

Emplearemos un dominio circular suficientemente extendido alrededor del cilindro. Como condiciones de contorno se coloca una de campo lejano en el contorno exterior del círculo, pared sin deslizamiento en el cilindro y simetría en las paredes laterales.

Tras ello se configura el mallado y las superficies donde se desea obtener resultados detallados para el postproceso. En la siguiente imagen se muestra el dominio de estudio.

Mallado CFD del estudio de detalle

Simulación CFD y Resultados

A continuación se simula el caso con modelo SST y modelo IDDES, ambos con efectos de transición de régimen activados. Como en los anteriores tutoriales, se utilizarán los resultados de un caso estacionario como condición inicial de los transitorios. Esto permite evitar la fase inicial de establecimiento del flujo y obtener directamente los resultados del comportamiento a estudiar.

En primer lugar debe comprobarse que la capa límite está bien resuelta analizando los valores de Y+ obtenidos. Tras esta verificación, podemos observar los patrones que forma el flujo según se van desprendiendo los vórtices. En las siguientes imágenes vemos resultados del campo de presiones.

Resultados del campo de presiones con el modelo de transición CFD

Y en estas vemos el campo de velocidades en la estela del cilindro:

Resultados del campo de velocidades con el modelo de transición CFD

Los resultados de intermitencia, asociados a la transición de régimen como se explicó en esta entrada, muestran relevancia en la zona de desprendimiento, como se puede ver en la siguiente imagen:

Resultados del campo de intermitencia que refleja la transición de flujo en la simulación CFD

Una vez más con este ejemplo se muestra la relevancia de escoger un modelo de turbulencia adecuado a los fenómenos que se desean observar en una simulación CFD. Estos modelos híbridos permiten visualizar mejor los patrones de flujo inestables. Los modelos con efectos de transición se adecuan a problemas donde parte del flujo tenga un comportamiento laminar y otra turbulento o bien a simulaciones CFD de flujo en transición. La combinación de estas técnicas permite resolver con precisión flujos de gran complejidad.

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