CFD-12. Simulation LES. Ajout de turbulences artificielles.

Dans ce nouveau billet sur la Dynamique des Fluides Numérique (CFD), nous verrons un cas simple de simulation CFD utilisant un modèle de turbulence LES (Large Eddy Simulation). Cela nous permettra d’observer les tourbillons et les instabilités d’un écoulement turbulent dans une conduite. Afin d’observer ce phénomène, nous inclurons des turbulences artificielles dans l’entrée et nous analyserons comment ces conditions d’entrée affectent l’écoulement.

Dans le tutoriel disponible dans notre section Téléchargements, vous pouvez voir toutes les étapes nécessaires pour activer ce modèle et inclure les conditions à l’aide d’Acusolve.

Préparation du modèle CFD

Le modèle sera dans ce cas très simple, une conduite avec une entrée et une sortie à laquelle nous attribuons une vitesse d’entrée moyenne comme le montre l’image suivante.

Géométrie de l'étude de cas et maillage CFD

La grille comporte une couche limite adaptée aux phénomènes attendus et une zone centrale avec une grille structurée. Les détails des cas simulés sont expliqués ci-dessous.

Simulation CFD et résultats

Tout d’abord, un cas stationnaire avec le modèle de turbulence SST est simulé. Ces résultats sont utilisés comme condition initiale pour la simulation LES, qui doit être transitoire. Cette initialisation favorise la stabilité de la simulation CFD. Pour cet exemple, une période de 0,01s est simulée avec un très petit pas de temps pour capturer avec précision l’évolution de l’écoulement.

Les résultats de l’analyse transitoire effectuée de cette manière sont conformes aux attentes pour un écoulement dans une conduite. Ils sont également très similaires à ceux du cas stationnaire. Le profil de vitesse est illustré dans l’image suivante.

Résultats de l'analyse LES sans turbulence à l'entrée

Turbulences artificielles

Si l’on souhaite simuler un écoulement provenant d’une zone de perturbation, telle que des changements de section ou des éléments mobiles à l’intérieur de la conduite, on peut activer l’option de turbulence artificielle dans l’entrée.

Les valeurs d’entrée peuvent provenir de mesures expérimentales ou être des résultats de la simulation CFD d’une autre partie du système. Il s’agit d’un outil utile pour diviser les simulations en sous-systèmes.

Avec les données décrites dans le tutoriel, en simulant à nouveau le modèle transitoire avec LES, les structures instables apparaissant dans l’écoulement peuvent être visualisées aux différents instants. Les images suivantes montrent les résultats aux instants correspondant à un tiers, deux tiers et la fin du cas simulé.

Résultats de vitesse obtenus par simulation CFD avec turbulences artificielles

Une fois de plus, nous notons l’importance de définir correctement les conditions d’entrée de la simulation afin d’obtenir des résultats qui correspondent à la réalité.

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