The State of the Art of Hybrid RANS/LES Modeling for the Simulation of Turbulent Flows
Létat de l'art de la modélisation hybride RANS/LES pour la simulation des écoulements turbulents.
Résumé
This review presents the state of the art of hybrid RANS/LES modeling for the
simulation of turbulent flows. After recalling the modeling used in RANS and LES methodologies,
we propose in a first step a theoretical formalism developed in the spectral space
that allows to unify the RANS and LES methods from a physical standpoint. In a second
step, we discuss the principle of the hybrid RANS/LES methods capable of representing a
RANS-type behavior in the vicinity of a solid boundary and an LES-type behavior far away
from the wall boundary. Then, we analyze the principal hybrid RANS/LES methods usually
used to perform numerical simulation of turbulent flows encountered in engineering applications.
In particular, we investigate the very large eddy simulation (VLES), the detached
eddy simulation (DES), the partially integrated transport modeling (PITM) method, the
partially averaged Navier-Stokes (PANS) method, and the scale adaptive simulation (SAS)
from a physical point of view. Finally, we establish the connection between these methods
and more precisely, the link between PITM and PANS as well as DES and PITM
showing that these methods that have been built by different ways, practical or theoretical
manners have common points of comparison. It is the opinion of the author to consider
that the most appropriate method for a particular application will depend on the expectations
of the engineer and the computational resources the user is prepared to expend on the
problem.
Cet article d’expertise présente l’état de l’art de la modélisation hybride RANS/LES pour la
simulation des écoulements turbulents. Après avoir rappelé la modélisation des méthodologies RANS et LES, nous proposons dans une première étape un formalisme théorique développée dans l’espace
spectral qui permet d’unifier les méthodes RANS et LES sur la base d’arguments physiques.
Dans une seconde étape, nous étudions les principes des méthodes hybrides RANS et LES, capables de reproduire un comportement de type RANS à proximité des zones de paroi et de type LES plus au loin des parois.
Nous analysons ensuite les principales méthodes RANS/LES utilisées pour simuler les écoulements
turbulents rencontrées dans les applications d’ingénieur. En particulier, nous abordons les
méthodes “very large eddy simulation ”(VLES), “detached eddy simulation ”(DES), “partially
integrated transport modeling ”(PITM), “partially averaged Navier-Stokes ”(PANS), et “scale
adaptive simulation ”(SAS). Finalement, nous établissons les connexions entre ces différentes
méthodes et plus précisement le lien entre les méthodes PITM et PANS ainsi que le lien entre les
méthodes DES et PITM, montrant que ces méthodes qui ont été construites par différentes voies,
pratique ou théorique, ont des points communs de comparaison. C’est l’opinion de l’auteur de
considérer que la méthode la plus approprée pour une application donnée dépendra des attentes
de l’ingénieur et des ressources informatiques que l’utilisateur est pret à consacrer sur le
problème.
Origine : Publication financée par une institution