Evaluation of a Reynolds-averaged Navier-Stokes solver for direct numerical simulation of turbulent flow

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2006

Department

Konetekniikan osasto

Major/Subject

Lentotekniikka

Mcode

Kul-34

Degree programme

Language

en

Pages

80 s. + liitt.

Series

Abstract

Nykyään esiintyy tarvetta soveltaa suurten pyörteiden menetelmää tai suoraa simulointia käytännön ongelmissa esiintyvien turbulenttien virtausten laskentaan. Suurin osa kaupallisista ja tutkimusyksiköiden käyttämistä virtausratkaisijoista on alunperin kehitetty Reynolds-keskiarvotettujen Navier-Stokes -yhtälöiden numeeriseen ratkaisemiseen, mutta silti niitä käytetään yhä enenevissä määrin turbulenssin suurten pyörteiden simulointiin ja turbulentin virtauksen suoraan simulointiin. Molempien menetelmien tulokset ovat kuitenkin erittäin herkkiä valituille numeerisille menetelmille. FINFLO-virtausratkaisija on kehitetty Aerodynamiikan laboratoriossa Teknillisessä korkeakoulussa. Laboratorion nykyinen versio on kehitetty puristuville virtauksille ja sitä on käytetty lähes yksinomaan Reynolds-keskiarvotettujen Navier-Stokes -yhtälöiden ratkaisemiseen. Tässä työssä on tutkittu FINFLOn soveltuvuutta täysin kehittyneen turbulentin kanavavirtauksen suoraan simulointiin Reynoldsin luvulla Re<sub>gamma</sub> = 180. Työssä on myös tutkittu muodollisesti neljännen kertaluvun paikkadiskretointimenetelmän etuja verrattuna toisen kertaluvun menetelmään. Tämä on tehty erikseen Navier-Stokes -yhtälöiden kitkattomille ja kitkallisille termeille. Aikaintegrointimenetelmänä työssä käytettiin kolmannen kertaluvun neliaskelista Runge-Kutta -menetelmää. Saadut tulokset osoittavat, että FINFLO soveltuu turbulentin kanavavirtauksen suoraan simulointiin. Tulokset ovat kvalitatiivisesti oikeita ja konvergoivat kohti referenssituloksia hilaa tihennettäessä. Muodollisesti neljännen kertaluvun menetelmä kitkattomien termien paikkadiskretoinnissa parantaa tulosten tarkkuutta selvästi. Toisaalta työssä osoitetaan matemaattisesti, että sovellettaessa menetelmää Navier-Stokes -yhtälöiden epälineaarisiin termeihin katkaisuvirheen kertaluku putoaa toiseen. Kitkallisten termien osalta muodollisesti korkeamman paikkadiskretointimenetelmän käyttö ei merkittävästi paranna tuloksia. Hilakonvergenssi on selvästi huonompi verrattuna virtausratkaisijaan, joka on erityisesti kehitetty kanavavirtauksen suurten pyörteiden ja suoriin simulointeihin.

Description

Supervisor

Hoffren, Jaakko

Thesis advisor

Hellsten, Antti

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120552819

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK