Vortical flow calculations using a high-order Vorticity Confinement method
Calcul des écoulements tourbillonnaires par une méthode de confinement de vorticité d'ordre élevé
Résumé
A high-order Vorticity Confinement (VC) method is applied to the calculation of compressible vortical flows. High-order extensions of the VC methodology have been developed for the Navier-Stokes equations using a methodology that remains independent of the baseline numerical scheme, as the original VC formulation of Steinhoff. The VC method is primarily oriented towards the accurate calculation of cases involving the advection of vortical structures (e.g. wakes), allowing their propagation over long distances with low numerical dissipation. The present work however mainly investigates their applicability to the simulation of turbulent flows, where the improvement in the preservation of vortical structures shows great interest. High-order VC schemes were found to be consistent with complex vortical flow dynamics without the need of special treatment to accommodate the vortex interaction mechanisms characteristic of turbulent flows. Furthermore, they were found to consistently improve the resolvability of baseline FE-MUSCL schemes for reasonable values of the confinement parameter ε, close to the value of the high-order artificial dissipation coefficient. Last, the dependence of the solution on the confinement parameter µ was found to be moderate for the values and cases investigated in this paper.
Une méthode de confinement de vorticité (VC) d'ordre élevé est appliquée dans des calculs des écoulements tourbillonnaires compressibles. Les extensions de la méthode VC pour les ordres élevés ont été développées par une méthodologie qui reste indépendante du schéma numérique de base, comme la formulation VC originale de Steinhoff. Le VC est principalement orienté vers le calcul précis des cas impliquant l'advection de structures tourbillonnaires (p. ex. sillages), permettant leur propagation sur de longues distances avec une faible dissipation numérique. Cependant, le présent travail étudie principalement leur applicabilité dans la simulation des écoulements turbulents, où une meilleure préservation des structures tourbillonnaires présente un grand intérêt. Les schémas VC d'ordre élevé se sont révélés être consistants avec la dynamique des écoulements tourbillonnaires complexes sans besoin de traitement spécial pour accommoder les mécanismes d'interactions tourbillonnaires caractéristiques des écoulements turbulents. De plus, ils permettent d'améliorer la résolvabilité des schémas numériques FE-MUSCL de base pour des valeurs raisonnables du paramètre de confinement epsilon, proche de la valeur du coefficient de dissipation artificielle d'ordre élevé. Enfin, la dépendance de la solution à la valeur du paramètre de confinement mu reste modérée pour les valeurs et cas-tests étudiés dans cet article.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)