CFD-14. Strömungsübergang mit hybriden Turbulenzmodellen.

In diesem neuen Beitrag zur numerischen Strömungsmechanik (CFD) werden wir ein fortschrittliches Turbulenzmodell untersuchen, das die Ideen des hybriden LES-RANS-Modells mit der Fähigkeit kombiniert, laminar-turbulente Übergangseffekte darzustellen.

Wir werden eine Studie mit einer instationären Übergangsströmung um einen Zylinder durchführen. Die zu befolgenden Schritte sind in der Anleitung in unserem Download-Bereich zu finden. Anschließend werden wir die wichtigsten Ergebnisse eines Vergleichs zwischen einem Hybridmodell und einem vollständig turbulenten Modell zeigen.

Vorbereitung des Modells

Wir verwenden ein kreisförmiges Gebiet mit ausreichender Ausdehnung um den Zylinder. Die Randbedingungen sind ein Fernfeld an der Außenkontur des Kreises, eine rutschfeste Wand am Zylinder und Symmetrie an den Seitenwänden.

Anschließend werden das Netz und die Flächen, auf denen detaillierte Ergebnisse für die Nachbearbeitung erzielt werden sollen, konfiguriert. Das folgende Bild zeigt das Untersuchungsgebiet.

CFD-Vernetzung der Detailstudie

CFD-Simulation und Ergebnisse

Im Folgenden wird der Fall mit dem SST-Modell und dem IDDES-Modell simuliert, beide mit aktivierten Regimeübergangseffekten. Wie in den vorangegangenen Tutorials werden die Ergebnisse eines stationären Falles als Anfangsbedingung für die Transienten verwendet. Dies ermöglicht es, die Anfangsphase der Strömungsbildung zu vermeiden und direkt die Ergebnisse des zu untersuchenden Verhaltens zu erhalten.

Zunächst muss überprüft werden, ob die Grenzschicht gut aufgelöst ist, indem die erhaltenen Y+-Werte analysiert werden. Nach dieser Überprüfung können wir die von der Strömung gebildeten Muster beobachten, wenn sich die Wirbel ablösen. In den folgenden Bildern sind die Ergebnisse des Druckfeldes zu sehen.

Druckfeldergebnisse mit dem CFD-Übergangsmodell

Darin sehen wir das Geschwindigkeitsfeld im Nachlauf des Zylinders:

Geschwindigkeitsfeldergebnisse mit dem CFD-Übergangsmodell

Die Ergebnisse der Intermittenz, die mit dem Regimeübergang zusammenhängen, sind in der Ablösezone von Bedeutung, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist:

Ergebnisse des Intermittenzfeldes, die den Strömungsübergang in der CFD-Simulation widerspiegeln

Dieses Beispiel zeigt einmal mehr, wie wichtig es ist, ein Turbulenzmodell zu wählen, das für die zu beobachtenden Phänomene in einer CFD-Simulation geeignet ist. Diese Hybridmodelle ermöglichen eine bessere Visualisierung von instationären Strömungsmustern. Modelle mit Übergangseffekten sind für Probleme geeignet, bei denen ein Teil der Strömung laminar und ein Teil turbulent ist, oder für CFD-Simulationen von Übergangsströmungen. Die Kombination dieser Techniken ermöglicht eine genaue Auflösung von hochkomplexen Strömungen.

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