Reconstruction of turbulent fluctuations using a hybrid RANS/LES approach

Reconstruction des fluctuations turbulentes par une approche hybride RANS/LES

Emmanuel Labourasse (1)

1 ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon]

Nowadays, unsteady calculation of Navier-Stokes equations thanks to Large Eddy Simulation (LES) and all the more Direct Numerical Simulation (DNS) are still beyond the scope of current supercomputers for industrial interests. On the other hand, statistical methods (RANS) less numerically expensive, don't allow to describe broad band phenomena (for instance acoustic sources). Locally coupled methods make it possible to draw benefit of this two kind of approach (RANS and LES). An original method of this type, which can be seen as an extension of the Non-Linear Disturbance Equation (NLDE), is developped in this work. It consists in a decomposition into three parts of the exact solution of the Navier-Stokes equations : mean flow, resolved fluctuations and unresolved (subgrid) fluctuations. The mean flow is computed using a classical RANS method, while resolved fluctuations are derived from a LES method, only on the critical spots of the flow. The code was implemented on the NEC SX5 supercomputer of ONERA and assesed on several incompressible (plane chanel flow) and compressible (turbine blade, high lift system) application cases. The potentialities of the method are demonstrated and an original boundary condition is developped. The method succeds to predict the correct flow behaviour for all these configurations and can be applied locally, what provide a large reduction of the computational cost.

Les méthodes actuelles de calcul instationnaire des équations de Navier-Stokes (Simulation Numérique Directe (SND), Simulation des Grandes Echelles (SGE)) demandent encore un temps de calcul excessif pour pouvoir être utilisées à des fins industrielles. D'autre part, les méthodes statistiques (RANS) moins coûteuses, ne permettent pas de rendre compte des phénomènes à large bande fréquentielle, qui sont à l'origine, par exemple, des ondes acoustiques. Le développement de méthodes localement couplées permet de concilier les avantages des deux types d'approches précités (SGE et RANS). Une méthode originale de ce type à été développée sur la base de la Non-Linear Disturbance Equations (NLDE). Elle consiste à résoudre l'intégralité du champ grâce à un calcul statistique. Ensuite, aux endroits critiques, le complément fréquentiel est calculé en SGE, de manière à enrichir le champ. Le code a été implanté sur le NEC SX5 de l'ONERA et testé sur plusieurs cas d'application en incompressible (canal plan bi-périodique) et en compressible (aube de turbomachine, aile hypersustentée). Ses possibilités ont été testées et des conditions limites spécifiques ont été développées. La méthode se comporte bien dans tous ces cas d'application et peut être utilisée de façon locale, permettant ainsi une nette réduction du temps de calcul.

Mots clés: Reynolds Averaged Navier-Stokes; Large-Eddy Simulation; plane channel flow; turbine blade; high lift sytem

Mots clés: turbulence; méthodes statistiques; simulation des grandes échelles; multirésolution; canal plan; aube de turbomachine; aile hypersustentée

Domaines: Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]

Emmanuel Labourasse. Reconstruction des fluctuations turbulentes par une approche hybride RANS/LES. Dynamique des Fluides [physics.flu-dyn]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00006002⟩