Simulations d'écoulements instationnaires turbulents en aérodynamique PDF Download
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Book Description
L'objectif de cette étude est de qualifier la capacité des méthodes numériques à réaliser la simulation d'écoulements instationnaires turbulents, dans un contexte dit "d'aérodynamique externe". L'application industrielle visée est la prédiction du phénomène de tremblement en régime transsonique, dont les principales caractéristiques sont tout d'abord rappelées, afin de déterminer les points délicats à traiter d'un point de vue du numérique et de la modélisation. Différents types de modélisation de la turbulence sont alors passés en revue : leurs points forts et leurs faiblesses, exposés relativement aux applications visées, nous ont conduit à utiliser le modèle de Spalart et Allmaras en instationnaire (USA), la "Detached-Eddy Simulation" (DES) et la simulation des grandes échelles (LES). On sélectionne ensuite parmi les méthodes numériques présentes dans le code de calcul celles qui semblent les plus adaptées à traiter les problèmes relatifs à l'aérodynamique instationnaire transsonique. Ceci nous a conduit à implémenter et à valider une condition aux limites de sortie instationnaire subsonique, et à élaborer un schéma de discrétisation spatiale centré d'ordre quatre. Le comportement des modèles USA, DES est alors qualifié sur deux cas "académiques" (couche limite turbulente attachée se développant temporellement, couche limite décollée sous l'influence d'un gradient de pression adverse) en comparaison avec des simulations LES de référence. Des simulations du phénomène de tremblement sont finalement réalisées avec les modèles USA et DES sur des configurations de plus en plus complexes (profil bidimensionnel, tranche d'aile périodique, puis géométrie complète fuselage / voilure), et comparées aux résultats expérimentaux.
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L'objectif de cette étude est de qualifier la capacité des méthodes numériques à réaliser la simulation d'écoulements instationnaires turbulents, dans un contexte dit "d'aérodynamique externe". L'application industrielle visée est la prédiction du phénomène de tremblement en régime transsonique, dont les principales caractéristiques sont tout d'abord rappelées, afin de déterminer les points délicats à traiter d'un point de vue du numérique et de la modélisation. Différents types de modélisation de la turbulence sont alors passés en revue : leurs points forts et leurs faiblesses, exposés relativement aux applications visées, nous ont conduit à utiliser le modèle de Spalart et Allmaras en instationnaire (USA), la "Detached-Eddy Simulation" (DES) et la simulation des grandes échelles (LES). On sélectionne ensuite parmi les méthodes numériques présentes dans le code de calcul celles qui semblent les plus adaptées à traiter les problèmes relatifs à l'aérodynamique instationnaire transsonique. Ceci nous a conduit à implémenter et à valider une condition aux limites de sortie instationnaire subsonique, et à élaborer un schéma de discrétisation spatiale centré d'ordre quatre. Le comportement des modèles USA, DES est alors qualifié sur deux cas "académiques" (couche limite turbulente attachée se développant temporellement, couche limite décollée sous l'influence d'un gradient de pression adverse) en comparaison avec des simulations LES de référence. Des simulations du phénomène de tremblement sont finalement réalisées avec les modèles USA et DES sur des configurations de plus en plus complexes (profil bidimensionnel, tranche d'aile périodique, puis géométrie complète fuselage / voilure), et comparées aux résultats expérimentaux.
Author: Larissa Smaguina Laval Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 372
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L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE EST ETUDIE PAR L'ANALYSE PHYSIQUE, SIMULATION NUMERIQUE, AINSI QUE PAR LA COMPARAISON AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES. L'APPROCHE DE MACROSIMULATION DE STRUCTURES ORGANISEES (OES, ORGANIZED EDDY SIMULATION ) EST ADOPTEE EN COUPLAGE AVEC LE MODELE DE TURBULENCE A DEUX EQUATIONS, DANS LE PRESENT TRAVAIL. UNE ETUDE DU CHOIX DU TRAITEMENT PARIETAL APPROPRIE EST EFFECTUEE AU SEIN DU MODELE DE TURBULENCE. UNE ANALYSE DETAILLEE DE LA DEPENDANCE DE LA SOLUTION VIS-A-VIS DE PARAMETRES NUMERIQUES, ET NOTAMMENT DE MAILLAGES EST PRESENTEE. L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR DU PROFIL D'AILE IMMOBILE A DES INCIDENCES DE 12, 14 ET 20 EST ETUDIE. L'INSTATIONNARITE NATURELLE DE L'ECOULEMENT EST PRISE EN COMPTE PAR L'APPROCHE DE MODELISATION DES STRUCTURES ORGANISEES. LE MODELE A DEUX EQUATIONS INCLUANT LE TRAITEMENT PARIETAL A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS BASE SUR LA FONCTION D'AMORTISSEMENT CHOISIE EST IMPLEMENTE SUR LE MAILLAGE APPROPRIE. L'AUGMENTATION DISCRETE DE L'INCIDENCE PERMET L'OBSERVATION DE L'EVOLUTION DU DECOLLEMENT DE LA COUCHE LIMITE, AINSI QUE L'APPARITION DE L'ALLEE TOURBILLONNAIRE ALTERNEE DE VON KARMAN ET DES TOURBILLONS DE KELVIN-HELMHOLTZ. L'ETUDE DU PROFIL OSCILLANT AUTOUR DE L'INCIDENCE MOYENNE DE 12 PERMET D'ESTIMER L'IMPACT DE L'INSTATIONNARITE FORCEE SUR L'ECOULEMENT AUTOUR DU PROFIL, AINSI QUE SON INTERACTION AVEC L'INSTATIONNARITE NATURELLE. DEUX TYPES D'OSCILLATIONS SONT CONSIDERES : LE MOUVEMENT DE TYPE TANGAGE ET LE MOUVEMENT COMBINE DE TAMIS/TANGAGE. L'APPARITION DU TOURBILLON DE DECROCHAGE ET LE PHENOMENE DE RELAMINARISATION SONT OBSERVES. CE DERNIER SE MANIFESTE PAR L'APPARITION DE BOUCLES D'HYSTERESIS SUR LES COURBES DES PARAMETRES AERODYNAMIQUES. LE MODELE DU PREMIER ORDRE A DEUX EQUATIONS PERMET UNE PREDICTION CORRECTE DES PHENOMENES PROPRES AUX ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES AUTOUR DE PROFILS D'AILE ET UN RELATIVEMENT BON ACCORD AVEC L'EXPERIENCE.
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DANS CETTE ETUDE, UNE METHODE NUMERIQUE DE HAUTE PRECISION EST MISE AU POINT POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS COMPRESSIBLES INSTATIONNAIRES TURBULENTS EN AERODYNAMIQUE. UN SCHEMA CENTRE A CINQ POINTS, PRECIS A L'ORDRE TROIS POUR LES EQUATIONS D'EULER, A ETE CONSTRUIT EN CORRIGEANT L'ERREUR DISPERSIVE DU SCHEMA CLASSIQUE D'ORDRE DEUX DE JAMESON. CE SCHEMA A ETE ENSUITE ETENDU AUX MAILLAGES CURVILIGNES BI- ET TRIDIMENSIONNELS PAR UNE METHODE DE VOLUMES FINIS DE HAUTE PRECISION. LE FLUX NUMERIQUE EST CONSTRUIT A L'AIDE D'OPERATEURS DE DISCRETISATION PONDERES, QUI PERMETTENT DE TENIR COMPTE DES DEFORMATIONS DU MAILLAGE. LE SCHEMA OBTENU EST PRECIS A L'ORDRE TROIS SUR DES MAILLAGES MOYENNEMENT DEFORMES ET A L'ORDRE DEUX SUR DES MAILLAGES TRES DEFORMES. LA METHODE DEVELOPPEE A ETE ETENDUE AUX EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN TRAITANT LES TERMES VISQUEUX DE FACON SIMPLE. LE SCHEMA PROPOSE A ETE PROGRAMME DANS UN CODE INDUSTRIEL ET IL A ETE VALIDE PAR DES COMPARAISONS SYSTEMATIQUES AVEC LE SCHEMA DE JAMESON, PROGRAMME DANS LE MEME CODE : LE SCHEMA DE HAUTE PRECISION PERMET DE REDUIRE DE FACON SIGNIFICATIVE L'ERREUR NUMERIQUE AU BORD D'ATTAQUE DE PROFILS ET D'AILES. ENSUITE, LE NOUVEAU SCHEMA A ETE APPLIQUE A L'ETUDE D'ECOULEMENTS AUTOUR DE PROFILS OSCILLANTS, MODELISANT UNE SECTION DE PALE DE ROTOR D'HELICOPTERE EN VOL D'AVANCEMENT. UN PROBLEME DIFFICILE DE DECROCHAGE DU A L'INTERACTION CHOC/COUCHE LIMITE SUR UN PROFIL OSCILLANT EN REGIME TRANSSONIQUE VIENT DEMONTRER LA NECESSITE DE SCHEMAS DE HAUTE PRECISION POUR LA SIMULATION D'ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES COMPLEXES. IN FINE, LE NOUVEAU SCHEMA EST APPLIQUE A L'ETUDE DU DECROCHAGE DYNAMIQUE PROFOND D'UN PROFIL OSCILLANT A TRES GRANDE INCIDENCE. POUR CHAQUE APPLICATION, LES INFLUENCES DU MODELE DE TURBULENCE, DU MAILLAGE DE CALCUL ET DE L'ORDRE DE PRECISION DU SCHEMA SONT DISCUTEES.
Author: Lars Davidson Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3540364579 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 246
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Large Eddy Simulation is a relatively new and still evolving computatio nal strategy for predicting turbulent flows. It is now widely used in research to elucidate fundamental interactions in physics of turbulence, to predict phe nomena which are closely linked to the unsteady features of turbulence and to create data bases against which statistical closure models can be asses sed. However, its applicability to complex industrial flows, to which statisti cal models are applied routinely, has not been established with any degree of confidence. There is, in particular, a question mark against the prospect of LES becoming an economically tenable alternative to Reynolds-averaged N avier-Stokes methods at practically high Reynolds numbers and in complex geometries. Aerospace flows pose particularly challenging problems to LES, because of the high Reynolds numbers involved, the need to resolve accura tely small-scale features in the thin and often transitional boundary layers developing on aerodynamic surfaces. When the flow also contains a separated region - due to high incidence, say - the range and disparity of the influen tial scales to be resolved is enormous, and this substantially aggravates the problems of resolution and cost. It is just this combination of circumstances that has been at the heart of the project LESFOIL to which this book is devoted. The project combined the efforts, resources and expertise of 9 partner organisations, 4 universities, 3 industrial companies and 2 research institu tes.
Author: Werner Haase Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3540927735 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 469
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Preface “In aircraft design, efficiency is determined by the ability to accurately and rel- bly predict the occurrence of, and to model the development of, turbulent flows. Hence, the main objective in industrial computational fluid dynamics (CFD) is to increase the capabilities for an improved predictive accuracy for both complex flows and complex geometries”. This text part taken from Haase et al (2006), - scribing the results of the DESider predecessor project “FLOMANIA” is still - and will be in future valid. With an ever-increasing demand for faster, more reliable and cleaner aircraft, flight envelopes are necessarily shifted into areas of the flow regimes exhibiting highly unsteady and, for military aircraft, unstable flow behaviour. This undou- edly poses major new challenges in CFD; generally stated as an increased pred- tive accuracy whist retaining “affordable” computation times. Together with highly resolved meshes employing millions of nodes, numerical methods must have the inherent capability to predict unsteady flows. Although at present, (U)RANS methods are likely to remain as the workhorses in industry, the DESider project focussed on the development and combination of these approaches with LES methods in order to “bridge” the gap between the much more expensive (due to high Reynolds numbers in flight), but more accurate (full) LES.
Author: Rose McCallen Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 354044419X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 534
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It is our pleasure to present these proceedings from the United Engineering Foundation Conference on The Aerodynamics of Heavy Vehicles: Trucks, Buses and Trains held December 2-6, 2002, in Monterey, California. This Department of Energy, United Engineering Foundation, and industry sponsored conference brought together 90 leading engineering researchers from around the world to discuss the aerodynamic drag of heavy vehicles. Participants from national labs, academia, and industry, including truck manufacturers, discussed how computer simulation and experimental techniques could be used to design more fuel efficient trucks, buses, and trains. Conference topics included comparison of computational fluid dynamics calculations using both steady and unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes, large-eddy simulation, and hybrid turbulence models and experimental data obtained from the Department of Energy sponsored and other wind tunnel experiments. Advanced experimental techniques including three-dimensional particle image velocimetry were presented, along with their use in evaluating drag reduction devices. We would like to thank the UEF conference organizers for their dedication and quick response to sudden deadlines. In addition, we would like to thank all session chairs, the scientific advisory committee, authors, and reviewers for their many hours of dedicated effort that contributed to a successful conference and resulted in this document of the conference proceedings. We also gratefully acknowledge the support received from the United Engineering Foundation, the US Department of Energy, Lawrence Livermore National Laboratory, Volvo Trucks America, International Truck and Engine Corporation, and Freightliner LLC.
Author: Shia-Hui Peng Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3540778152 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 343
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Turbulence modelling has long been, and will remain, one of the most important t- ics in turbulence research, challenging scientists and engineers in the academic world and in the industrial society. Over the past decade, Detached Eddy Simulation (DES) and other hybrid RANS-LES methods have received increasing attention from the turbulence-research community, as well as from industrial CFD engineers. Indeed, as an engineering modelling approach, hybrid RANS-LES methods have acquired a remarkable profile in modelling turbulent flows of industrial interest in relation to, for example, transportation, energy production and the environment. The advantage exploited with hybrid RANS-LES modelling approaches, being - tentially more computationally efficient than LES and more accurate than (unsteady) RANS, has motivated numerous research and development activities. These activities, together with industrial applications, have been further facilitated over the recent years by the rapid development of modern computing resources. As a European initiative, the EU project DESider (Detached Eddy Simulation for Industrial Aerodynamics, 2004-2007), has been one of the earliest and most systematic international R&D effort with its focus on development, improvement and applications of a variety of existing and new hybrid RANS-LES modelling approaches, as well as on related numerical issues. In association with the DESider project, two subsequent international symposia on hybrid RANS-LES methods have been arranged in Stockholm (Sweden, 2005) and in Corfu (Greece, 2007), respectively. The present book is a result of the Second Symposium on Hybrid RANS-LES Methods, held in Corfu, Greece, 17-18 June 2007.
Author: Shia-Hui Peng Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642141684 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 361
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Hybrid modelling of turbulent flows, combining RANS and LES techniques, has received increasing attention over the past decade to fill the gap between (U)RANS and LES computations in aerodynamic applications at industrially relevant Reynolds numbers. With the advantage of hybrid RANS-LES modelling approaches, being considerably more computationally efficient than full LES and more accurate than (U)RANS, particularly for unsteady aerodynamic flows, has motivated numerous research and development activities. These activities have been increasingly stimulated by the provision of modern computing facilities. The present book contains the contributions presented at the Third Symposium on Hybrid RANS-LES Methods, held in Gdansk, Poland, 10-12 June 2009. To a certain extent, this conference was a continuation of the first symposium taking place in Stockholm (Sweden, 2005) and the second in Corfu (Greece, 2007). Motivated by the extensive interest in the research community, the papers presented at the Corfu symposium were published by Springer in the book entitled “Advances in Hybrid RANS-LES Modelling” (in Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, Vol. 97). At the Gdansk symposium, along with four invited keynotes, given respectively by S. Fu, U. Michel, M. Sillen and P. Spalart, another 28 papers were presented on the following topics: Unsteady RANS, LES, Improved DES Methods, Hybrid RANS-LES Methods, DES versus URANS and other Hybrid Methods, Modelli- related Numerical Issues and Industrial Applications. After the symposium all full papers have been further reviewed and revised for publication in the present book.
Author: Gang Jin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 342
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L'ECOULEMENT INSTATIONNAIRE TURBULENT AUTOUR D'UN PROFIL D'AILE A FORTE INCIDENCE A ETE ETUDIE POUR UN FLUIDE INCOMPRESSIBLE. LA CONFIGURATION DU PROFIL D'AILE A ETE PLACEE DANS UN ECOULEMENT UNIFORME STATIONNAIRE OU OSCILLANT EN TAMIS. LA MISE EN UVRE D'UN LOGICIEL DE CALCUL EST EFFECTUEE EN MAILLAGE CURVILIGNE DE TYPE H, PRECIS AU SECOND ORDRE TEMPOREL ET SPATIAL, PERMETTANT LA RESOLUTION DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES COMPLETES POUR UN SILLAGE DE GEOMETRIE COMPLEXE, AFIN DE PREDETERMINER LA NAISSANCE D'INSTABILITES, DU DECOLLEMENT INSTATIONNAIRE ET DES STRUCTURES ORGANISEES DU SILLAGE A DES NOMBRES DE REYNOLDS MODERES. DANS CE CONTEXTE, UNE ANALYSE PHYSIQUE DES PROPRIETES DE L'ECOULEMENT A LA SORTIE DU DOMAINE A PERMIS DE DEVELOPPER DES CONDITIONS LIMITES NON-REFLECTIVES, EN ECOULEMENT INCOMPRESSIBLE ET INSTATIONNAIRE, DANS LE SYSTEME DES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. CE TYPE DE CONDITIONS LIMITES A PERMIS D'UTILISER UNE DISTANCE RAISONNABLE A L'AVAL ET D'EFFECTUER DES ECONOMIES NOTABLES SUR LE TEMPS DE CALCUL. AINSI IL MINIMISE LES EFFETS DE RETROACTION ET DE CONFINEMENT ARTIFICIEL. LE DEVELOPPEMENT DU MODELE DE TURBULENCE INSTATIONNAIRE A DEUX EQUATIONS EST EFFECTUE SUR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES EN MOYENNE DE PHASE POUR LES NOMBRES DE REYNOLDS ELEVES. CETTE METHODOLOGIE PERMET DE CALCULER LES EFFETS FORTEMENT INSTATIONNAIRES (ECOULEMENT TURBULENT EN TAMIS) POUR UNE GEOMETRIE COMPLEXE. UN TRAITEMENT DE MODELE A FAIBLE NOMBRE DE REYNOLDS EST INCLUS. UNE MODELISATION POUR LE TERME DE PRODUCTION D'ENERGIE CINETIQUE TURBULENTE, EN FONCTION DU ROTATIONNEL LOCAL, EST PROPOSEE D'APRES DES CONSIDERATIONS PHYSIQUES, AFIN DE SURMONTER LE PROBLEME DE LA SURPRODUCTION D'ENERGIE TURBULENTE DANS LA REGION AU VOISINAGE DU POINT D'ARRET. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS MONTRENT L'EFFICACITE DE CETTE APPROCHE POUR LA PREDETERMINATION DES ECOULEMENTS INSTATIONNAIRES, DECOLLES EN SITUATION NATURELLE ET FORCEE
Author: Galih Bangga Publisher: kassel university press GmbH ISBN: 373760536X Category : Languages : en Pages : 183
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This book presents the state of the art in the analyses of three-dimensional flow over rotating wind turbine blades. Systematic studies for wind turbine rotors with different sizes were carried out numerically employing three different simulation approaches, namely the Euler, URANS and DDES methods. The main mechanisms of the lift augmentation in the blade inboard region are described in detail. The physical relations between the inviscid and viscous effects are presented and evaluated, emphasizing the influence of the flow curvature on the resulting pressure distributions. Detailed studies concerning the lift augmentation for large wind turbine rotors are considered as thick inboard airfoils characterized by massive separation are desired to stronger contribute to power production. Special attention is given to the analyses of wind turbine loads and flow field that can be helpful for the interpretation of the occurring physical phenomena. The book is aimed at students, researchers, engineers and physicists dealing with wind engineering problems, but also for a wider audience involved in flow computations.
Author: Bastien Caruelle
Author: Bastien Caruelle
Author: Larissa Smaguina Laval
Author: Paola Cinnella
Author: Lars Davidson
Author: Werner Haase
Author: Rose McCallen
Author: Shia-Hui Peng
Author: Shia-Hui Peng
Author: Gang Jin
Author: Galih Bangga