Upload
jorge-aguilar-villamor
View
29
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
pg 1 de 17 25/3/2014
Aplicacin Prctica de Aerodinmica Computacional (ANSYS-FLUENT)Aplicacin Prctica de Aerodinmica Computacional (ANSYS-FLUENT)
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo SantSant
Turbulencia. Qu es y su TratamientoTurbulencia. Qu es y su Tratamiento
Contenido.Turbulencia. Qu es y su Tratamiento.
Contenido.Turbulencia. Qu es y su Tratamiento.
Introduccin. n Clasificacin del movimiento. Efecto de la viscosidad. Qu es la turbulencia?.
Descripcin de la Turbulencia. n Cascada de energa. Escalas.n Mtodos de prediccin de la turbulencia. DNS, RANS y LES.
Modelo DNS (Direct Numerical Simulation).
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Modelo RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes).n Boussinesq.
Una-Ecuacin: Spalart-Allmaras. Dos-Ecuaciones: k-e (Standard, RNG y Realizable), k-w, k-L.
n RSM (Reynolds Stress Modeling).n Modelizado cerca de la pared. Funcin de pared, Dos-Zonas, Bajo-Re.
Modelo LES (Large Eddy Simulation).
2Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 2 de 17 25/3/2014
IntroduccinClasificacin del Movimiento de los Fluidos Viscosos.
IntroduccinClasificacin del Movimiento de los Fluidos Viscosos.
SEGN LA ESTRUCTURA INTERNA DEL FLUJO:
Movimiento LAMINAR Unas capas deslizan sobre otras sin
mezclarse. En general a velocidades bajas.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 3
Movimiento TURBULENTO Las capas del fluido se mezclan
entre si por agitacin. El flujo tiende a uniformizarse. Es el ms frecuente en la
naturaleza.
V
uFluido Ideal
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Introduccin.Efecto de la Viscosidad.
Introduccin.Efecto de la Viscosidad.
Experimento de Osborne REYNOLDS:Profesor de ingeniera britnico. Estudio de movimiento en tubos (1883).
Laminar
Turbulento
Inyector
agua
tinta
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Conclusin:El cambio de laminar a turbulento depende del parmetro rvD/m, nmero de Reynolds (Re).
El proceso presenta histresis:v rgimen laminar hasta Re 10.000v rgimen turbulento hasta Re 2.300
4
c
ccc
lv
=Re
Re
I
10.0002.300
(5.700)(3.000)Entre placas
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 3 de 17 25/3/2014
Introduccin.Influencia del nmero de Reynolds.
Introduccin.Influencia del nmero de Reynolds.
40 < Re < 150
5-15 < Re < 40
Re < 5
Calle de torbellinos laminares (Von Karman).
Dos torbellinos laminares estables en la estela.
Flujo adherido (sin separacin)
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 5
Re > 3,5106
3105 < Re < 3,5106
150 < Re < 3105
Calle de torbellinos turbulentos, pero ms estrecha que en laminar.
Transicin de la capa lmite a turbulenta antes del punto de separacin, estela turbulenta.
Capa lmite laminar hasta el punto de separacin, estela turbulenta.
(Von Karman).
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Introduccin.Influencia del Reynolds. Transicin a Turbulento
Introduccin.Influencia del Reynolds. Transicin a Turbulento
Flujos Externos.
Flujos Internos.
Rex 500.000 sobre superficiedonde
Otros factores, como la turbulencia de la corriente libre, la rugosidad superficial, soplado, succin, etc., pueden provocar la transicin a
etc.,,, hddxL =Red 20.000 en obstculos
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 6
Conveccin Natural.
donde
pueden provocar la transicin a Reynolds menores.
(Nmero de Rayleigh)
(Nmero de Prandtl)
Redh 2.300 en conductos
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 4 de 17 25/3/2014
IntroduccinQue es la Turbulencia?
IntroduccinQue es la Turbulencia?
Movimiento irregular, no estacionario, en el que las cantidadestransportadas de masa, cantidad de movimiento, energa, fluctan conla posicin y con el tiempo.La Turbulencia es Intrnsecamente Tridimensional y no Estacionaria.
Disipacin de turbulencia generada por una rejillaDisipacin de turbulencia generada por una rejilla..
Es impredecible en detalle. Contiene gran variedad de
tamaos de torbellinos (escalas).
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 7
Capa lmite turbulenta Capa lmite turbulenta sobresobre una placauna placa
Disipacin de turbulencia generada por una rejillaDisipacin de turbulencia generada por una rejilla.. Identificable por patrones de
torbellinos tpicos: estructuras coherentes. n Las estructuras coherentes de
gran escala son distintas para cada flujo.
n Los torbellinos pequeos son ms universales.
n La escala grande contiene la mayor parte de la energa.
Estructuraspequeas Estructuras
grandesChorro turbulentoChorro turbulento
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Descripcin de la TurbulenciaCascada de Energa
Descripcin de la TurbulenciaCascada de Energa
Ramificacin de Torbellinos (Vortex Stretching).n Torbellino implica concentracin de vorticidad (w = V).
La vorticidad se concentra a lo largo de hilos de torbellinos o en manojos. Los hilos/manojos de torbellinos se deforman por las velocidades inducidas por los
torbellinos mayores.
Cascada de Energa.n La turbulencia no es un fenmeno de equilibrio. Decae por disipacin viscosa.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Se forma un torbellino grande en el flujo principal, aumenta su energa (generacin de la turbulencia).
La energa es transferida a las escalas pequeas (por la ramificacin de los torbellinos) donde es disipada (por la difusin viscosa).
8
La tasa de transferencia de energa de los torbellinos grandes a los pequeos
-dK/dt
La tasa de disipacin de la energa en los torbellinos pequeos
e = -dk/dt.=
( )2 2 212= + +K U V WEnerga cintica
( )2 2 212k u v w = + +Energa cintica turbulenta
u U u= +
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 5 de 17 25/3/2014
Descripcin de la Turbulencia Escalas Pequeas vs. Escalas Grandes
Descripcin de la Turbulencia Escalas Pequeas vs. Escalas Grandes
Comparando l (escala grande) con h (escala pequea):
donde (Nmero de Reynolds Turbulento).
Consecuencia de las escalas.
h
Re TTu lrm
=
1lh
>>( ) 43 /ReTl
h
1/2Tu k=
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Consecuencia de las escalas.El nmero de celdas.
Ejemplo: flujo en un canal 2D
Ncel ~ (4 l/h)3 o Ncel ~ 64(ReT)9/4donde ReT = ruTH/2m.
ReH = 30.800 ReT ~ 400 Ncel ~ 40x106 !
Solo es abordable para problemas muy sencillos.9
Hl
4 filas y 4 columnas
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Descripcin de la Turbulencia Mtodos de Prediccin de la Turbulencia
Descripcin de la Turbulencia Mtodos de Prediccin de la Turbulencia
l h = l/ReT3/4
Cascada de la EnergaInyeccin de energa Disipacin de energa
Torbellinos de disipacinTorbellinos de gran escala Flujo de la energa
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 10
RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes)
LES (Large Eddy Simulation)
DNS (Direct Numerical Simulation)
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 6 de 17 25/3/2014
Modelos de Turbulencia.Direct Numerical Simulation (DNS)
Modelos de Turbulencia.Direct Numerical Simulation (DNS)
DNS es la resolucin de las ecuaciones de Navier-Stokes completas.
C. Mov:
Para el ejemplo del canal 2D:
+
-=
+
j
i
kik
ik
ixU
xxp
xUU
tU
mr
h
4 filas y 4 columnas
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Para el ejemplo del canal 2D:ReH = 30.800Ncel ~ 40x106
N de incrementos de tiempo ~ 48.000
No es adecuado para la aplicacin industrial del CFD.Solo es abordable para geometras sencillas y Re turbulento pequeo.Es muy til como herramienta de investigacin.
Comparacin de resultados de los modelos de turbulencia.
11
Hl
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelos de Turbulencia. Modelizacin de las Escalas Pequeas
Modelos de Turbulencia. Modelizacin de las Escalas Pequeas
Se pueden utilizar dos mtodos para eliminar la necesidad de resolver todas las escalas de turbulencia:
Reynolds Averaging (RANS).n Se resuelven las ecuaciones de transporte para los valores medios.n Se modelizan todas las escalas de turbulencia.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Filtering (LES).n Ecuaciones de transporte para las escalas que se pueden resolver.n Resuelve los torbellinos mayores. Modeliza los menores.n Inherentemente no estacionario.
Ambos mtodos introducen trminos adicionales que deben ser modelizados para cerrar el problema.
12Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 7 de 17 25/3/2014
Modelo RANS.Descomposicin de la Velocidad
Modelo RANS.Descomposicin de la Velocidad
Consideremos un punto (x) del campo fluido:
Analizando la velocidad:
u'i
ui
u.x cte=r
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
La podemos descomponer como:
13
Uiui
tiempot
( ) ( ) ( ), , ,i i iu x t U x t u x t= +r r r
Velocidadinstantnea
FluctuacinVelocidad
media o principal
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelo RANS.Velocidad MediaModelo RANS.Velocidad Media
Flujos estacionarios: Time Averaging
Se denomina con frecuencia Reynolds average a esta media (temporal).
u
T
( ) ( )0
0
1lim ,t T
i iTt
U x u x t dtT
+
=
r r
( ) ( ) ( ), , ,i i iu x t U x t u x t= +
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Flujos peridicos (o quasi-peridicos): Ensemble Averaging
14
( ) ( ) ( )1
1, lim ,N
ni iN n
U x t u x tN =
= r r
U
n = n del periodo.
( ) ( ) ( ), , ,i i iu x t U x t u x t= +r r r
t
u
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 8 de 17 25/3/2014
Modelo RANS. Velocidad MediaModelo RANS. Velocidad Media
Contorno de velocidad instantneo.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Contorno de velocidad medio (Time Averaging)
15Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelo RANS. Ecuacin de Cantidad de Movimiento
Modelo RANS. Ecuacin de Cantidad de Movimiento
Ecuaciones RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes):Sustituyendo u = U + u:
Dv pDt
mr t= - + i i ikk i j j
u u uput x x x x
r m
+ = - +
( )( ) ( ) ( )( ) i i i i i ik kk i j j
p pU u U u U uU ut x x x x
r m + + + ++ + = - +
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Reglas: f = F + f y y = Y + y
Operando ...
Aparecen nuevos trminos (esfuerzos turbulentos de Reynolds):
Los esfuerzos de Reynolds son los trminos a modelizar.16
k i j j
+
-=
+
+
j
i
jik
ki
k
ik
i
xU
xxp
xuu
xUU
tU
mr''
-
+
-=
+
ji
j
i
jik
ik
i uuxU
xxp
xUU
tU ''rmr
jiij uuR ''r-=
; 0; 0; 0; F j j Fy j y jy FY j y = = +
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 9 de 17 25/3/2014
Modelo RANS. La Aproximacin de Boussinesq
Modelo RANS. La Aproximacin de Boussinesq
Por analoga, Boussinesq relaciona los esfuerzos de Reynols con una viscosidad turbulenta, mt, del flujo medio.
mt es un escalar (Rij queda alineado con Sij).
ijij SR t2m Hay que modelizar mt
( )yx tUy
t m m
= +
+
=i
j
j
iij x
UxUS
21
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Los modelos se clasifican segn el n de ecuaciones resueltas:
Una-Ecuacin (k): Spalart-Allmaras
Dos-Ecuaciones:
(k-e): Standard k-e, RNG k-e, Realizable k-e.(k-w): Standard k-w (Wilcox) y k-w Shear Strees Transport (Menter).(k-L): Smith.
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE 17
( )2 2 212k u v w = + +Energa cintica turbulenta.
e = -dk/dtTasa de disipacin turbulenta.
Modelo RANS. Modelo Reynolds Stress Modeling (RSM)
Modelo RANS. Modelo Reynolds Stress Modeling (RSM)
Limitaciones del modelo de Boussinesq: Rij = 2mtSijEs suficiente con una simple relacin lineal?.
Rij es muy dependiente de las condiciones del flujo y de la historia. Rij no solamente cambia con el proceso del flujo medio.
Rij no estrictamente alineado con Sij para flujos con: Cambios bruscos en la tasa de deformacin del flujo medio. Tasa de deformacin extra (dilatacin rpida, lnea corriente muy curvada).
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Tasa de deformacin extra (dilatacin rpida, lnea corriente muy curvada). Flujos rotativos. Flujos secundarios inducidos por los esfuerzos.
Solucin:
Inconvenientes del Reynolds Stress Modeling (RSM):Necesita ms potencia de CPU: 5 ecuaciones en 2D, y 7 en 3D.
50-60% ms tiempo por iteracin y 15-20% de memoria adicional.Puede incrementar mucho n de iteraciones para la convergencia.
Esfuerzos de Reynolds muy acoplados con el flujo medio.
18
modelizar directamente Rij
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 10 de 17 25/3/2014
Modelo RANS. Pared: Importancia de la Turbulencia.
Modelo RANS. Pared: Importancia de la Turbulencia.
Las paredes son las principales fuentes de turbulencia.
Para muchas de las aplicaciones de ingeniera es importante modelizar con precisin la zona prxima a las paredes:
n La correcta prediccin de la resistencia de friccin para flujos externos, o de la prdida de carga para flujos internos, dependen de la fidelidad en la prediccin del esfuerzo viscoso en la pared.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
n La resistencia de presin en cuerpos romos depende sobre todo del punto de desprendimiento.
n El rendimiento trmico de los intercambiadores de calor, etc., se determina por la transferencia de calor a travs de las paredes, cuya prediccin depende sobre todo de los efectos cerca de esta.
19Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelo RANS. Pared: Comportamiento Cerca de la Pared
Modelo RANS. Pared: Comportamiento Cerca de la Pared
kU/ut
t
+
n=
uyy/
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Estructura del perfil de velocidad:Capa Interior, subcapa viscosa.
Ley de fuerzas viscosas, U = f(r, tw, m, y).
Capa de solape. Ley logartmica.Capa exterior. Depende del flujo medio.
20
Disipacin >> Produccin de k.
Produccin Disipacin de k.Equilibrio turbulento.
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 11 de 17 25/3/2014
Modelo RANS. Pared: Estrategias Cerca de la Pared
Modelo RANS. Pared: Estrategias Cerca de la Pared
Mtodo de Funcin de Pared
Mtodo de Dos-Zonas y Modelo para Bajo-Re
inner layer
outer layer
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 21
No se resuelve la subcapa viscosa.w Se asume que el centroide de la celda
adyacente a la pared est el la capa logartmica (y+ = 30-500).
w La informacin del centro de la celda es puenteada por la funcin de pared.
w Se pueden utilizar en los modelos completamente turbulentos de Alto-Re.
Se resuelve completamente la regin cerca de la pared, hasta esta.
w Requiere que la celda adyacente a la pared est en la subcapa viscosa (y+ < 5).
w Los modelos de Bajo-Re son completamente vlidos a travs de ella.
w Modelo de Dos-Zonas.Usa modelo ms simple en la subcapa viscosa.
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelo LES.Filtrado
Modelo LES.Filtrado
Para ESTELAS NO ESTACIONARIAS: media espacial (filtro) sobre cada celda de la malla.
ui
xiD
ui Ui
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
En general,
La velocidad se descompone como:
n Observar que y por tanto, al contrario que en RANS, .
22
donde V es el volumen de la celda
1( , ) ( ', ; ) 'i iv
U x t u x t x dxV
= r r r r r r
i iU u ' 0iu
'i i iu U u= +rr r
Velocidad localFluctuacinVelocidad
media o principal
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 12 de 17 25/3/2014
Modelo LES.Ecuaciones Principales
Modelo LES.Ecuaciones Principales
Por filtrado (media espacial) de ecuaciones de Navier-Stokes:
Los trminos de los esfuerzos SGS (subgrid-scale) tij son:
0
( ) 1
i
i
i j iji i
j i j j j
Ux
U UU Upt x x x x x
tn
r
=
+ = - + -
ij i j i ju u U Ut -
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Lij : esfuerzos de Leonard. Interacciones entre las escalas resueltas.Cij : trmino cruzado. Interacciones entre los trminos resueltos y los no resueltos.Rij : esfuerzos de Reynolds SGS. Interacciones entre escalas pequeas no resueltas.
Todos estos trminos se modelizan juntos.23
{' ' ' 'ij i j i j i j i j i jijijij
U U u u U u u U u uRCL
t = - + + +14243 1442443
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelos de TurbulenciaResumen
Modelos de TurbulenciaResumen
Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) (media temporal).Flujos estacionarios o no estacionarios peridicos.
Para cerrar el problema: modelizar los esfuerzos de Reynolds.Modelos de Boussinesq (Rij=2mtSij): modeliza mt
Una-Ecuacin (Spalart-Allmaras). Funciona bastante bien para varios tipos de flujos. Dos-Ecuaciones (p.e. k-e). Es uno de los ms utilizados en el CFD industrial.
Modelizado del Esfuerzo de Reynolds (RSM) (5 ecuaciones en 2D, 7 en 3D)
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
Modelizado del Esfuerzo de Reynolds (RSM) (5 ecuaciones en 2D, 7 en 3D) Necesario para flujos complejos, anistropos.
Opciones para el modelizado cerca de la pared:Funciones de pared.
No resuelven la subcapa viscosa ni la de solape. Fallan en esfuerzo en pared.Dos-Zonas y Modelos de Bajo-Re.
Resuelven la subcapa viscosa. Costoso de clculo. Calculan esfuerzo en pared.
Large Eddy Simulation (LES) (media espacial). Flujos no estacionarios.
24Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 13 de 17 25/3/2014
Modelos de TurbulenciaModelos de Turbulencia Disponibles en FLUENT
Modelos de TurbulenciaModelos de Turbulencia Disponibles en FLUENT
Aumento del coste de clculo
Modelos RANS
One-Equation ModelSpalart-Allmaras
Two-Equation ModelsStandard k
RNG kRealizable k
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 25
coste de clculo por iteracin
*Necesita licencia aparte
RANS Standard kSST k
4-Equation v2f *7-Eq. Reynolds Stress Model (RSM)
kkl Transition ModelSST Transition Model
Detached Eddy Simulation (DES)Large Eddy Simulation (LES)
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Modelos de TurbulenciaModelos ms Representativos
Modelos de TurbulenciaModelos ms Representativos
Comentario- Flujo estacionario o peridico.- Velocidad Media como media temporal de la velocidad.Esfuerzos turbulentos de Reynolds: Rij = 2mtS ij. - Hay que modelizar mt (viscosidad turbulenta)
- Ecuacin algebraica para viscosidad turbulenta.
Longitud de mezcla Prandtl ( l mix ) m t = r lmix2(2S ijS ij)1/2. - Muy grosero pero muy econmico. Falla en flujos desprendidos. Se pierden los efectos de la historia aguas arriba.
K Spalart-Allmaras (S-A) k = 1/2(u'2+v' 2+w' 2 ) , energa cintica turbulenta. Econmico y preciso para flujos internos o capa lmite adherida, incluso flujo poco desprendido o recirculacin. Se
puede integrar en capa logartmica y viscosa. Admite funcin de pared. Falla para flujos bastante desprendidos y chorros. Razonable en estelas.
Standard K - e (SKE)Alto-Re. e = -dk/dt (tasa de variacin k).- Muy afinado para descripcin idealizada de turbulencia. Se puede incluir flotabilidad y compresibilidad. Robusto (poco sensible a valor de e en entrada y campo lejano) y econmico. Razonablemente preciso para muchos movimientos. Demasiado difusivo en lneas de corriente muy curvadas, remolinos, flujo separado o Bajo-Re. Falla en tasa de difusin de chorros.
RNG K - e (RNG)(ReNormalization Group)
ReNormalization Group: adimensionalizacin adecuada para independizarse de la escala.- Mejora Standard k - e en flujos que se deforman mucho (choque con pared), muy curvados, con separacin o Bajo-Re. Se puede incluir flotabilidad y compresibilidad.- Limitaciones inherentes a modelo de turbulencia-viscosidad isotrpica (pared).
Modelo de TurbulenciaRANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes).
Boussinesq
Cero-Ecuaciones
Una-Ecuacin
Dos-Ecuaciones
K- e
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 26
(ReNormalization Group) - Limitaciones inherentes a modelo de turbulencia-viscosidad isotrpica (pared).
Realizable K - e (RKE)Asegura valor + en esfuerzos normales y la desigualdad Schwarz para los tangenciales.- Mejora Standard k - e en flujos que se deforman rpidamente: recirculacin, rotacin, separacin, fuerte gradiente de p. Se puede incluir flotabilidad y compresibilidad. Resuelve tasa disipacin de chorros. Limitaciones inherentes a modelo de turbulencia-viscosidad isotrpica (pared).
K-L Smith L = escala de longitud. Mejor para flujo compresible limitado por paredes.- Falla en cizalladura: chorros, estelas largas, capas de mezcla. No robusto: sensible a valores de L en entrada y en campo lejano.K- w Wilcox w = vortic idad. Resuelve chorros. Admite compresibilidad y Bajo-Re. Razonable para efecto Bajo-Re cerca de pared, sin funcin amortiguamiento, y transicin.- Poco robusto: algo sensible a valores de w en entrada y en campo lejano.
Esfuerzos turbulentos de Reynolds: R ij = 2 m t S ij + otros trminos.- R i j no est estrictamente alineado con S ij si hay cambios bruscos, dilatacin, mucha curvatura, flujos rotativos. Se puede tener en cuenta compresibilidad y anisotropa cerca de pared. Tiene en cuenta los efectos de curvatura, remolinos y rotacin. Mas caro que k - e : 50-60% ms tiempo por iteracin, 15-20% ms memoria y bastantes ms iteraciones.
Cerca de la pared se distinguen tres zonas afectadas por esta: 1 la ms cercana: subcapa viscosa (y +
pg 14 de 17 25/3/2014
Ejemplos de Flujo TurbulentoPerfil NACA 0012. Distribucin de Cp
Ejemplos de Flujo TurbulentoPerfil NACA 0012. Distribucin de Cp
Flujo Transnico. M = 0,8 ; Rec = 9106, a = 2,26
Tema 6Turbulencia. Qu es y su TratamientoProfesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE 27
Modelos de Una-Ecuacin (Spalart-Allmaras) y Dos-Ecuaciones (SKE, RNG, RKE) con funcin de pared estndar.
Modelo RNG con distintas funciones de pared.
Ejemplos de Flujo TurbulentoPerfil NACA 0012. Capa LmiteEjemplos de Flujo TurbulentoPerfil NACA 0012. Capa Lmite
Flujo Transnico. M = 0,8 ; Rec = 9106, a = 2,26
RNG + Standard wall functionsRNG + Standard wall functions
Detalle de la separacin de la capa lmite.
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 28
RNG + NonRNG + Non--eq. wall functionseq. wall functions
SpalartSpalart--AllmarasAllmaras
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 15 de 17 25/3/2014
Ejemplos de Flujo TurbulentoAdaptador de Conducto Circular a Rectangular
Ejemplos de Flujo TurbulentoAdaptador de Conducto Circular a Rectangular
Fuerte gradiente de presin, se genera flujo secundario y un par de torbellinos en la direccin de la corriente.
Calculado usando SKE, RNG, y RSM con funciones de pared estndar. Contornos de velocidad axial en estacin 6:
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 29
SKE RNG RSM
Medido
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
Turbulent flow past a blunt flat plate was simulated using four different turbulence models.n 8,700 cell quad mesh, graded near leading edge and reattachment location.n Non-equilibrium boundary layer treatment
000,50Re =Rx
0U
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 30
N. Djilali and I. S. Gartshore (1991), Turbulent Flow Around a Bluff Rectangular Plate, Part I: Experimental Investigation, JFE, Vol. 113, pp. 5159.
D
000,50Re =D
Recirculation zone Reattachment point
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
pg 16 de 17 25/3/2014
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
RNG kStandard k
Contours of Turbulent Kinetic Energy (m2/s2)
0.49
0.56
0.63
0.70
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 31
Reynolds StressRealizable k
0.00
0.07
0.14
0.21
0.28
0.35
0.42
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
Ejemplos de Flujo TurbulentoCilindro con borde de ataque romo
Predicted separation bubble:
Standard k (SKE)
Skin Friction CoefficientCf 1000
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 32
SKE severely underpredicts the size of the separation bubble,
while RKE predicts the size exactly.
Realizable k (RKE)
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Experimentally observed reattachment point is atx / D = 4.7
Distance Along Plate x / D
pg 17 de 17 25/3/2014
Ejemplos de Flujo TurbulentoCyclone
Ejemplos de Flujo TurbulentoCyclone
40,000-cell hexahedral mesh
High-order upwind scheme was used.
Computed using SKE, RNG, RKE and RSM (second moment 0.2 m
Uin = 20 m/s
0.1 m
0.12 m
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento
and RSM (second moment closure) models with the standard wall functions
Represents highly swirling flows (Wmax = 1.8 Uin)
33
0.2 m
0.97 m
Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE
Ejemplos de Flujo TurbulentoCyclone
Ejemplos de Flujo TurbulentoCyclone
Tangential velocity profile predictions at 0.41 m below the vortex finder
Tema 6Turbulencia. Qu es y su Tratamiento 34Profesores: Luis Ayuso y Rodolfo Sant - EIAE