scholarly journals Computational analysis of transitional and massively separated flows with application to wind turbines

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.


2018 ◽  
Vol 28 (8) ◽  
pp. 117-121
Author(s):  
N. M. Fialko ◽  
V. G. Prokopov ◽  
S. O. Alioshko ◽  
M. Z. Abdulin ◽  
K. V. Rokitko ◽  
...  

Выявлены основные закономерности изотермического течения топлива и окислителя в микрофакельном горелочном устройстве с односторонней подачей топлива. Получены данные компьютерного моделирования с использованием подхода DES (Detached Eddy Simulation), представляющего собой комбинацию моделей RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) и LES (Large Eddy Simulation) в разных областях пространства. Установлены эффекты влияния длины закрылка, расположенного на торцевой поверхности стабилизаторов пламени, на различные характеристики течения. Показано, что наличие закрылков приводит к существенному изменению вихревой структуры в следе за стабилизаторами. Оценено влияние длины закрылков на такие параметры течения, как протяженность зоны обратных токов в закормовой области стабилизаторов пламени, уровень среднеквадратичных пульсаций скорости в данных зонах и пр. Установлено, что с увеличением длины закрылков существенно возрастает протяженность зоны обратных токов за стабилизатором. Выявлено также, что чем короче закрылки, тем больше превышает их длину протяженность зоны обратных токов. Выполнен анализ пространственного распределения пульсаций скорости в рассматриваемом горелочном устройстве при наличии и отсутствии закрылков на торцевых поверхностях стабилизаторов пламени. Показано, что наиболее высокий уровень данных пульсаций наблюдается вблизи границы зоны обратных токов, удаленной от торца стабилизатора. Установлено, что уровень среднеквадратичных пульсаций скорости является наиболее высоким в условиях отсутствия закрылка и снижается при увеличении его длины.


2002 ◽  
Vol 124 (4) ◽  
pp. 911-923 ◽  
Author(s):  
James R. Forsythe ◽  
Klaus A. Hoffmann ◽  
Russell M. Cummings ◽  
Kyle D. Squires

Detached-eddy simulation is applied to an axisymmetric base flow at supersonic conditions. Detached-eddy simulation is a hybrid approach to modeling turbulence that combines the best features of the Reynolds-averaged Navier-Stokes and large-eddy simulation approaches. In the Reynolds-averaged mode, the model is currently based on either the Spalart-Allmaras turbulence model or Menter’s shear stress transport model; in the large-eddy simulation mode, it is based on the Smagorinski subgrid scale model. The intended application of detached-eddy simulation is the treatment of massively separated, high-Reynolds number flows over complex configurations (entire aircraft, automobiles, etc.). Because of the intented future application of the methods to complex configurations, Cobalt, an unstructured grid Navier-Stokes solver, is used. The current work incorporates compressible shear layer corrections in both the Spalart-Allmaras and shear stress transport-based detached-eddy simulation models. The effect of these corrections on both detached-eddy simulation and Reynolds-averaged Navier-Stokes models is examined, and comparisons are made to the experiments of Herrin and Dutton. Solutions are obtained on several grids—both structured and unstructured—to test the sensitivity of the models and code to grid refinement and grid type. The results show that predictions of base flows using detached-eddy simulation compare very well with available experimental data, including turbulence quantities in the wake of the axisymmetric body.


Author(s):  
Gorazd Medic ◽  
Jinzhang Feng ◽  
Liwei Chen ◽  
Om Sharma

Large-eddy simulation (LES) using wall-adapting local eddy-viscosity (WALE) subgrid scale model has been applied towards elucidating the complex turbulent flow physics in a centrifugal impeller. Several canonical cases of increased complexity were analyzed to better understand the advantages and challenges of applying the LES framework to the aforementioned target problem. These include turbulent flow in a rotating channel, a straight and a curved duct. Results obtained with LES are compared in detail with two-equation eddy-viscosity Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models widely used in industry, as well as, for some of the canonical cases, with hybrid RANS/LES approaches such as the detached eddy simulation (DES) and scale-adaptive simulation (SAS). Finally, LES has been applied to turbulent flow in NASA CC3 centrifugal impeller with grids of increased resolution (up to 100 million computational cells per passage).


AIAA Journal ◽  
2021 ◽  
pp. 1-17
Author(s):  
Tanner B. Nielsen ◽  
Jack R. Edwards ◽  
Harsha K. Chelliah ◽  
Damien Lieber ◽  
Clayton Geipel ◽  
...  

2021 ◽  
Author(s):  
David Vanpouille ◽  
Dimitrios Papadogiannis ◽  
Stéphane Hiernaux

Abstract Surge margin is critical for the safety of aeronautical compressors, hence predicting it early in the design process using CFD is mandatory. However, close to surge, steady-state Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations are proven inadequate. Unsteady techniques such as Unsteady RANS (URANS) and Large Eddy Simulation (LES) can provide more reliable predictions. Nevertheless, the accuracy of such methods are dependent on the method used to handle the rotor/stator interfaces. The most precise method, the sliding mesh, requires simulating the full annulus or a periodic sector, which can be very costly. Other techniques to reduce the domain exist, such as the phase-lagged approach or geometric blade scaling, but introduce restrictive assumptions on the flow at near-stall conditions. The objective of this paper is to investigate the near-stall flow of a low-pressure compressor using unsteady methods of varying fidelity: URANS with the phase lag assumption, URANS on a periodic sector and a high-fidelity LES on a smaller periodic sector achieved using geometric blade scaling. Results are compared to experimental measurements. An overall good agreement is found. Results show that the tip leakage vortex is not the origin of the stall on the studied configuration and a hub corner separation is initiated. LES further validates the (U)RANS flow predictions and brings additional insight on unsteady flow separations.


Wind Energy ◽  
2014 ◽  
Vol 18 (12) ◽  
pp. 2025-2045 ◽  
Author(s):  
Xiaolei Yang ◽  
Fotis Sotiropoulos ◽  
Robert J. Conzemius ◽  
John N. Wachtler ◽  
Mike B. Strong

Author(s):  
Albert Ruprecht ◽  
Ralf Neubauer ◽  
Thomas Helmrich

The vortex instability in a spherical pipe trifurcation is investigated by applying a Very Large Eddy Simulation (VLES). For this approach an new adaptive turbulence model based on an extended version of the k-ε model is used. Applying a classical Reynolds-averaged Navier-Stokes-Simulation with the standard k-ε model is not able to forecast the vortex instability. However the prescribed VLES method is capable to predict this flow phenomenon. The obtained results show a reasonable agreement with measurements in a model test.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document