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Vanpouille, David (2013)
Languages: French
Types: Article
Subjects: Turbulence, Modèles algébriques, EARSM, EAHFM, Flottabilité, Convection naturelle, Pondération elliptique, Corrélations de pression, Analyse de DNS, 532, Turbulence, algebraic models, EARSM, EAHFM, buoyancy, natural convection, elliptic blending, pressure correlations, DNS analysis
Un nouveau modèle de turbulence adapté aux écoulements turbulents soumis à la flottabilité a été développé en utilisant la configuration du canal plan vertical différentiellement chauffé comme référence. L’étude des DNS disponibles pour chacun des régimes de convection a montré les défauts des relations constitutives classiques conduisant à la mauvaise représentation des écoulements de convection naturelle. Ces modèles ne prennent en compte ni le couplage des champs thermique et dynamique ni l’anisotropie de l’écoulement, tout deux induits par la flottabilité. Une approche algébrique a donc été utilisées. L’hypothèse d’équilibre local a été validée dans une large partie du canal sauf dans la région de paroi et au voisinage d’un gradient de vitesse nul, quel que soit le régime de convection. Les modèles homogènes et pariétaux pour les corrélations de pression ont été étudiés et sélectionnés. Deux modèles EARSM et EAHFM prenant en compte les termes de flottabilité ont été développés. Ces modèles intègrent aussi des traitements spécifiques à la paroi reposant sur la pondération elliptique. Ils sont couplés à un modèle corrigé pour mieux représenter le pic d’énergie cinétique turbulente près de la paroi. Le modèle complet a été confronté aux DNS sur la configuration du canal pour chacun des régimes de convection à travers des tests a priori et des calculs complets montrant des résultats très encourageants et de meilleures prévisions que les modèles classiques. A new turbulence model dedicated to buoyant flows is developped using the differentially heated vertical plane channel flow configuration as test case. For each convection regime, the examination of available DNS databases pointed out the failure of classical modeling to predict buoyant flows. Neither the coupling between thermics and dynamics nor the anisotropy, both due to the buoyancy, are considered by these models. So, algebraic models are used. The weak equilibrium assumption is validated in a large part of the channel except in the wall region and close to zero velocity gradient whatever the convection regime. The wall and homogeneous models for the pressure terms are investigated and selected. Then, an EARSM and an EAHFM are developped to include the buoyant terms. These models both include wall treatments. They are coupled with a model modified to improve the representation of the turbulent kinetic energy maximum close to the wall. The complete model is finally compared to the DNS on the channel flow configuration for all convection regime thanks to a priori tests and complete computations, showing encouraging results and better predictions than classical models

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