haku: @keyword turbulenssi / yhteensä: 12
viite: 2 / 12
| Tekijä: | Loppi, Niki |
| Työn nimi: | Wall-modeling for large eddy simulation of rotating flows |
| Seinämämallinnus pyöriville virtauksille suurten pyörteiden menetelmässä | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2015 |
| Sivut: | (9) + 68 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Teknillinen Mekaniikka (K3006) |
| Valvoja: | Siikonen, Timo |
| Ohjaaja: | Bodart, Julien |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201505132626 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4332 | Arkisto |
| Avainsanat: | CFD LES wall-modeling turbulence system rotation coriolis-stability seinämämallinnus turbulenssi pyörivä systeemi Coriolis-stabiliteetti kanavavirtaus |
| Tiivistelmä (fin): | Pyörivät virtaukset ovat tavallisia niin teknisissä käytännön sovellutuksissa kuin luonnossakin. Koordinaatiston muunnos pyörivään koordinaatistoon synnyttää kaksi näennäiskiihtyvyyttä; Coriolis-kiihtyvyyden ja keskipakoiskiihtyvyyden, jotka tulee otta huomioon pyörivien virtausten simuloinnissa. Tässä diplomityössä tutkimme poikkisuuntaisesti pyörivää turbulenttia kanavavirtausta suurten pyörteiden menetelmällä (LES). LES on numeerinen mallinnusmenetelmä, joka perustuu turbulenssispektrin jakamiseen dynaamisesti tärkeisiin suuriin skaaloihin ja homogeenisiin pieniin skaaloihin. LES menetelmässä suuret skaalat ratkaistaan suoraan, kun taas pienet skaalat mallinnetaan. Seinämävirtauksien yhteydessä suuret skaalat ovat voimakkaasti verranollisia Reynoldsin lukuun sisemmässä rajakerroksessa, mikä tekee LES:in melkein yhtä raskaaksi kuin suoran simuloinnin (DNS). Mallintamalla tämä sisempi rajakerros approksimatiivisesti voimme välttyä seinämaratkaistun LES:in suurilta vaatimuksilta. Tämä diplomityö aloitetaan toistamalla Kristoffersen & Anderssonin [1] DNS simulointi implementoidun Coriolis-lähdetermin validoimiseksi. Tämän jälkeen suoritetaan suuren Reynoldsin luvun seinämäratkaistuja simulointeja kolmella eri pyörimisnopeudella kerätäksemme tietoa seinämämallianalyysia varten. Seinämämallianalyysissa Kawai & Larssonin [2] ehdottamaa mallinnusmenetelmää testataan itsenäisellä seinämämalliohjelmalla, joka käyttää hyväkseen edellä laskettuja tuloksia. Analyysilla saatujen tulosten perusteella ehdotetaan pyörimiskorjaus, joka ottaa huomioon pyörimisestä aiheutuvat stabiliteettimuutokset. Lopuksi tämä pyörimiskorjattu seinämämalli validoidaan suorittamalla simulointi, jossa seinämämalli toimii osana ratkaisua. Seinämämallinnetun simuloinnin tulosten huomattiin vastaavan hyvin seinämäratkaistuja tuloksia. |
| Tiivistelmä (eng): | Flows affected by system rotation are common phenomena in engineering applications as well as in nature. The coordinate transformation into a rotating frame introduces two fictitious accelerations: the Coriolis acceleration and the centrifugal acceleration, which need to be included in the simulation. In this thesis, a spanwise rotating turbulent channel flow is studied through Large Eddy Simulations (LES). LES is a numerical modeling approach which is based on the decomposition of the turbulence spectrum into dynamically important large scales and homogeneous small scales. In LES, the large scales are resolved directly, while the effects of small-scales are modeled. In turbulent shear flows, the dynamically important scales are highly proportional to the Reynolds number within the inner boundary layer, which causes LES to be almost as expensive as Direct Numerical Simulation. By modeling the inner layer approximately, it is possible to bypass the very strict requirements of wall-resolved LES. In this thesis, firstly, the DNS case by Kristoffersen & Anderson [1] is reproduced to validate the implemented Coriolis source terms. After, a database for the wall-model analysis is established by performing wall-resolved high Reynolds number simulations with three different rotation rates. The wall-modeling approach by Kawai & Larsson [2] is then tested through an a priori analysis in which a standalone wall model is applied to wall-resolved results. Based on these results, a rotation correction, which adapts to the stability effects resulting from the system rotation, is proposed. Finally, this new rotation corrected wall-model is validated by performing a Wall-Modeled Large Eddy Simulation (WMLES). The WMLES results were found to be in good agreement with the wall-resolved data. |
| ED: | 2015-05-24 |
INSSI tietueen numero: 51268
+ lisää koriin
INSSI