CFD-13. Modèles de turbulence hybrides LES-RANS

Dans cet article sur la Dynamique des Fluides Numériques (CFD), nous poursuivons l’analyse d’études de cas où la turbulence joue un rôle fondamental. En particulier, nous comparerons les résultats d’un modèle RANS classique et d’un modèle de turbulence hybride LES-RANS.

Le modèle d’étude, que l’on peut voir maillé dans l’image suivante, présente un changement de section qui provoque des recirculations dans la partie inférieure du domaine. Les modèles hybrides, en résolvant les grandes échelles des tourbillons, donnent un résultat plus précis du comportement du fluide dans cette zone de recirculation.

Maillage CFD du modèle d'étude

Dans ce cas, le modèle hybride connu sous le nom de DES (Dettached Eddy Simulation) et sa modification IDDES (Improved Delayed DES) seront étudiés, ce qui donne des résultats plus précis si la transition LES-RANS se produit dans une large zone au lieu d’une zone de détachement abrupte.

Les conditions limites seront la symétrie sur les parois latérales et supérieures et l’absence de glissement sur la paroi inférieure, ainsi que sur l’entrée et la sortie. D’autres détails techniques de la simulation peuvent être trouvés dans le tutoriel disponible dans notre section Téléchargements.

Simulation CFD et résultats

Avec un modèle de turbulence SST, les résultats de vitesse montrent un profil assez uniforme, comme le montre l’image ci-dessous.

Résultats de vitesse avec le modèle SST stationnaire

Pour améliorer les résultats initiaux de DES et IDDES, les résultats stationnaires de SST sont imposés aux deux comme conditions initiales de pression et de vitesse.

Les simulations montrent que chaque pas de temps du modèle consomme beaucoup plus de temps CPU que dans le cas du modèle SST. Le coût de calcul des deux modèles hybrides est très similaire.

Lorsque l’on examine le flux transitoire, on constate que le comportement est similaire avec DES et IDDES. Selon la théorie, les résultats sont plus réalistes avec le modèle IDDES. Le profil de vitesse capture cette fois les instabilités de l’écoulement, comme le montrent les images.

Résultats de vitesse avec des modèles hybrides transitoires

Dans les cartes suivantes, l’utilisation du critère Q-criterion de visualiser les tourbillons générés par la pente.

Résultats du Q-criterion avec des modèles transitoires hybrides

On constate que les résultats sur cet aspect diffèrent légèrement entre le DES et l’IDDES, les résultats de l’IDDES étant plus fiables.

Ce type de simulations avec des modèles de turbulence hybrides est utile pour visualiser les structures tourbillonnaires générées dans le domaine transitoire. Les modèles RANS ne donnent pas des résultats aussi précis. Pour d’autres simulations, en particulier celles qui cherchent à représenter un état stable, ces modèles augmentent considérablement le coût de calcul, généralement sans amélioration significative des résultats.

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