Progress on detached-eddy simulation of massively separated flows

Author(s):  
K. Squires ◽  
J. Forsythe ◽  
S. Morton ◽  
W. Strang ◽  
K. Wurtzler ◽  
...  
2019 ◽  
Author(s):  
Κωνσταντίνος Διακάκης

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η μετάβαση της ροής από στρωτή σε τυρβώδη καθώς και η συμπεριφορά ροών μεγάλων αριθμών Reynolds στα πλαίσια προσομοίωσης τους με μεθόδους υψηλής πιστότητας.Για την προσομοίωση ροών με μετάβαση εξετάστηκαν μέθοδοι με υπολογισμό οριακού στρώματος και μέθοδοι με εξισώσεις μεταφοράς. Αυτές περιλαμβάνουν την μέθοδο e N καθώς και τα μοντέλα γ-Re θ , γ και AFT. Όλες οι μέθοδοι δοκιμάστηκαν σε αεροτομές, πτέρυγες και άτρακτο γενικής μορφής, σε εφαρμογές οι οποίες προέρχονταν από τους τομείς της αεροναυτικής και της αιολικής ενέργειας. Οι συγκρίσεις αφορούσαν κατά κύριο λόγο σε αεροδυναμικά φορτία και θέσεις μετάβασης. Στα πλαίσια διδιάστατων προσομοιώσεων, η μέθοδος e N με υπολογισμό οριακού στρώματος και το μοντέλο AFT έδωσαν πιο ακριβή αποτελέσματα από τις υπόλοιπες μεθόδους. Το μοντέλο γ-Re θ είναι μια καλή εναλλακτική, αρκεί ο αριθμός Reynolds να μην υπερβαίνει τα 6 εκατομμύρια. Πέραν αυτού του ορίου, η ακρίβεια των αποτελεσμάτων του μοντέλου μειώνεται σημαντικά. Ωστόσο, η μέθοδος e N και το μοντέλο AFT δεν δύνανται να χρησιμοποιηθούν για την μοντελοποίηση τρισδιάστατης μετάβασης στο πλαίσιο τρισδιάστατων προσομοιώσεων. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το μοντέλο γ-Re θ εμπλουτισμένο με όρους εγκάρσιας ροής μπορεί να δώσει καλά αποτελέσματα, αρκεί ο αριθμός Reynolds να είναι στα αποδεκτά για το μοντέλο όρια. Όσον αφορά στις μεθόδους προσομοίωσης τύρβης υψηλής πιστότητας, εξετάστηκαν οι μέθοδοι Large Eddy Simulation (LES) και Detached Eddy Simulation (DES). Για τις προσομοιώσεις LES χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο μικρών κλιμάκων του Smagorinsky. Η εφαρμογή του DES περιελάμβανε τις μεθόδους Delayed DES (DDES) και Improved Delayed DES (IDDES). Το ενδιαφέρον εστιάστηκε στην μοντελοποίηση ροών με μεγάλη αποκόλληση. Τόσο το LES όσο και το DES ήταν σε θέση να δώσουν πιο ακριβή αποτελέσματα από τους απλούς, μη-μόνιμους Reynolds Averaged Navier Stokes υπολογισμούς (Unsteady RANS) σε σύγκριση με πειράματα και υπολογιστικά αποτελέσματα από τη βιβλιογραφία. Το μοντέλο DES θεωρείται λιγότερο απαιτητικό σε υπολογιστικούς πόρους λόγω της μοντελοποίησης του οριακού στρώματος η οποία οδηγεί σε μικρότερες απαιτήσεις πλέγματος κοντά στην στερεή επιφάνεια. Ωστόσο, το DES δεν αναμένεται να μπορεί να δώσει αξιόπιστα αποτελέσματα σε ροές όπου η παρουσία και η εξέλιξη μικρών κλιμάκων τύρβης στο οριακό στρώμα είναι σημαντική, και που το μοντέλο LES πλεονεκτεί εκ κατασκευής. Σχετικά σημειώνεται ότι οι LES προσομοιώσεις δεν έφτασαν στα υπολογιστικά τους όρια όσον αφορά στο πλέγμα. Για να παραχθούν αξιόπιστα αποτελέσματα σε αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να χρησιμοποιηθεί LES με πυκνό υπολογιστικό πλέγμα.


Fluids ◽  
2021 ◽  
Vol 6 (7) ◽  
pp. 246
Author(s):  
Rozie Zangeneh

The Wall-modeled Large-eddy Simulation (WMLES) methods are commonly accompanied with an underprediction of the skin friction and a deviation of the velocity profile. The widely-used Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES) method is suggested to improve the prediction of the mean skin friction when it acts as WMLES, as claimed by the original authors. However, the model tested only on flow configurations with no heat transfer. This study takes a systematic approach to assess the performance of the IDDES model for separated flows with heat transfer. Separated flows on an isothermal wall and walls with mild and intense heat fluxes are considered. For the case of the wall with heat flux, the skin friction and Stanton number are underpredicted by the IDDES model however, the underprediction is less significant for the isothermal wall case. The simulations of the cases with intense wall heat transfer reveal an interesting dependence on the heat flux level supplied; as the heat flux increases, the IDDES model declines to predict the accurate skin friction.


2007 ◽  
Vol 111 (1117) ◽  
pp. 153-164 ◽  
Author(s):  
P. Nayyar ◽  
G. N. Barakos ◽  
K. J. Badcock

Numerical analysis of the flow in weapon bays modelled as open rectangular cavities of length-to-depth (L/D) ratio of 5 and width-to-depth (W/D) ratio of 1 with doors-on and doors-off is presented. Flow conditions correspond to Mach and Reynolds numbers (based on cavity length) of 0·85 and 6·783m respectively. Results from unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS), large-eddy simulation (LES) and detached-eddy simulation (DES) are compared with the simulation methods demonstrating the best prediction of this complex flow. It was found that URANS was not able to predict the change of flow characteristics between the doors-on and doors-off configurations. In addition, the energy content of the cavity flow modes was much better resolved with DES and LES. Further, the DES was found to be quite capable for this problem giving accurate results (within 3dB of) experiments and appears to be a promising alternative to LES for modelling massively separated flows.


2009 ◽  
Vol 131 (7) ◽  
Author(s):  
Marco Hahn ◽  
Dimitris Drikakis

This paper presents a systematic numerical investigation of different implicit large-eddy simulations (LESs) for massively separated flows. Three numerical schemes, a third-order accurate monotonic upwind scheme for scalar conservation laws (MUSCL) scheme, a fifth-order accurate MUSCL scheme, and a ninth-order accurate weighted essentially non-oscillatory (WENO) method, are tested in the context of separation from a gently curved surface. The case considered here is a simple wall-bounded flow that consists of a channel with a hill-type curvature on the lower wall. The separation and reattachment locations, velocity, and Reynolds stress profiles are presented and compared against solutions from classical LES simulations.


Author(s):  
Scot Slimon

This paper investigates the use of the Spalart-Allmaras one-equation turbulence model with detached eddy simulation (DES) modifications for predicting internal separated flows. For these flows, it is shown that the use of grid spacing to segregate Reynolds-averaged Navier Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES) modes in the DES approach is cumbersome, and not practical in some cases. To allow DES to be more readily applied to such flows, a zonal approach is proposed. In this approach the LES mode in DES is only used in detached shear layer regions. These regions are dynamic, and are defined by local flow and turbulence quantities during the computation. No blending of RANS-based and LES-based regions is used in the approach such that the attached shear layer calibration of the underlying RANS-based turbulence model is not affected. The zonal DES approach is applied to two internal flows: a stenosis in a pipe and a 180° turn-around duct. Results show that the zonal DES predictions are in excellent agreement with the experimentally measured velocity profiles and pressure distributions, and are significantly improved relative to RANS predictions.


Entropy ◽  
2018 ◽  
Vol 20 (10) ◽  
pp. 771 ◽  
Author(s):  
Rohit Saini ◽  
Nader Karimi ◽  
Lian Duan ◽  
Amsini Sadiki ◽  
Amirfarhang Mehdizadeh

The present study aims to assess the effects of two different underlying RANS models on overall behavior of the IDDES methodology when applied to different flow configurations ranging from fully attached (plane channel flow) to separated flows (periodic hill flow). This includes investigating prediction accuracy of first and second order statistics, response to grid refinement, grey area dynamics and triggering mechanism. Further, several criteria have been investigated to assess reliability and quality of the methodology when operating in scale resolving mode. It turns out that irrespective of the near wall modeling strategy, the IDDES methodology does not satisfy all criteria required to make this methodology reliable when applied to various flow configurations at different Reynolds numbers with different grid resolutions. Further, it is found that using more advanced underlying RANS model to improve prediction accuracy of the near wall dynamics results in extension of the grey area, which may delay the transition to scale resolving mode. This systematic study for attached and separated flows suggests that the shortcomings of IDDES methodology mostly lie in inaccurate prediction of the dynamics inside the grey area and demands further investigation in this direction to make this methodology capable of dealing with different flow situations reliably.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document