CFD-14. Transition avec des modèles de turbulence hybrides.

Dans ce nouvel article sur la Dynamique des Fluides Numériques (CFD), nous étudierons un modèle de turbulence avancé qui combine les idées du modèle hybride LES-RANS avec la capacité de représenter les effets de transition laminaire-turbulent.

Nous allons réaliser une étude avec un écoulement transitoire instable autour d’un cylindre. Les étapes à suivre peuvent être trouvées dans le tutoriel disponible dans notre section Téléchargements. Nous montrerons ensuite les résultats les plus pertinents en comparant un modèle hybride avec un modèle entièrement turbulent.

Préparation du modèle

Nous utiliserons un domaine circulaire suffisamment étendu autour du cylindre. Les conditions aux limites sont un champ lointain sur le contour extérieur du cercle, un mur antidérapant sur le cylindre et une symétrie sur les parois latérales.

Ensuite, le maillage et les surfaces où les résultats détaillés doivent être obtenus pour le post-traitement sont configurés. L’image suivante montre le domaine d’étude.

Maillage CFD de l'étude détaillée

Simulation CFD et résultats

Dans ce qui suit, le cas est simulé avec le modèle SST et le modèle IDDES, tous deux avec les effets de transition de régime activés. Comme dans les tutoriels précédents, les résultats d’un cas stationnaire seront utilisés comme condition initiale des transitoires. Cela permet d’éviter la phase initiale d’établissement de l’écoulement et d’obtenir directement les résultats du comportement à étudier.

Tout d’abord, il faut vérifier que la couche limite est bien résolue en analysant les valeurs de Y+ obtenues. Après cette vérification, nous pouvons observer les motifs formés par l’écoulement au fur et à mesure que les tourbillons se détachent. Dans les images suivantes, nous pouvons voir les résultats du champ de pression.

Résultats du champ de pression avec le modèle de transition CFD

On y voit le champ de vitesse dans le sillage du cylindre :

Résultats du champ de vitesse avec le modèle de transition CFD

Les résultats de l’intermittence, associés à la transition de régime expliquée dans ce chapitre, sont pertinents dans la zone de détachement, comme le montre l’image suivante :

Résultats du champ d'intermittence reflétant la transition de l'écoulement dans la simulation CFD

Une fois de plus, cet exemple montre la pertinence du choix d’un modèle de turbulence adapté aux phénomènes à observer dans une simulation CFD. Ces modèles hybrides permettent une meilleure visualisation des écoulements instables. Les modèles avec effets de transition conviennent aux problèmes où une partie de l’écoulement est laminaire et l’autre turbulente, ou aux simulations CFD d’écoulements transitoires. La combinaison de ces techniques permet de résoudre avec précision des écoulements très complexes.

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