La modélisation de la turbulence est un aspect critique de la mécanique des fluides numérique (CFD) qui vise à prévoir le comportement des flux turbulents. Les modèles de turbulence sont essentiels pour concevoir des systèmes d'ingénierie efficaces et sûrs, tels que des avions, des véhicules, des centrales électriques et des éoliennes, afin de calculer des structures. Parmi les différentes approches de modélisation des turbulences, trois modèles populaires sont les Reynolds-Averated Navier-Stokes (RANS), Unsteady Reynolds-Averated Navier-Stokes (URANS) et Delayed Detached Eddy Simulation (DDES). Chaque modèle a ses propres fonctionnalités et applications.
RANS (Reynolds-Ave appui-Stokes)
L'approche RANS est l'une des méthodes les plus couramment utilisées dans la modélisation des turbulences. Il s'agit de la moyenne des équations de Navier-Stokes au cours du temps, ce qui lisse efficacement les fluctuations de la turbulence pour fournir une solution à l'état stable. Cette méthode simplifie considérablement les exigences de calcul et est particulièrement utile pour les applications où le flux est stationnaire ou légèrement instable. Les modèles RANS sont largement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur robustesse et de leur faible coût de calcul. Cependant, ils peuvent être moins précis dans la projection des flux complexes avec une séparation importante ou une forte instabilité.
URANS (Unsteady Reynolds-Averated Navier-Stokes)
URANS prolonge l'approche RANS en permettant des modifications en fonction du temps dans le champ d'écoulement, ce qui le rend capable de saisir les phénomènes d'instabilité. Il utilise toujours la moyenne de Reynolds des équations de Navier-Stokes, mais ne calcule pas la moyenne du flux dans le temps aussi strictement que RANS. Cela signifie qu'URANS peut modéliser des caractéristiques de flux transitoire à plus grande échelle et des comportements oscillants, qui sont typiques dans de nombreux systèmes d'ingénierie pratique, tels que le détachement de vortex des coins de bâtiment. Bien qu'URANS améliore la RANS en termes de capture de l'instabilité, il utilise toujours des modèles de viscosité turbulente qui ne peuvent pas résoudre correctement les structures turbulentes plus fines.
DDES (Delayed Detached Eddy Simulation)
DDES est une approche hybride combinant les méthodes RANS et Simulation des grandes structures de la turbulence (LES). Dans les zones du flux où la couche limite est fixée, DDES se comporte comme un modèle RANS, offrant une efficacité de calcul. Dans les régions où le flux se déplace et où les structures turbulentes sont dominantes, DDES passe à un mode Les, ce qui résout ces structures avec plus de précision. Cette méthode est particulièrement utile dans les flux complexes comprenant les régions de séparation d'écoulement, de réassemblage et de sismicité, tels que ceux que l'on trouve dans les coins de bâtiment et autour des ailes d'avion. DDES offre un bon équilibre entre la coût de calcul et la précision, notamment dans la simulation des flux à nombre de Reynolds élevés avec des régions transitoires et séparées importantes.
= Résultats
Le choix du modèle de turbulence dépend en grande partie des exigences spécifiques du problème, notamment les caractéristiques du flux, les besoins de précision et les ressources de calcul disponibles. Les modèles RANS sont adaptés aux flux plus simples et stationnaires, tandis qu'URANS permet une meilleure gestion des phénomènes de stabilité. DDES, bien que plus complexe à calculer que RANS ou URANS, offre une précision supérieure dans les cas d’écoulements complexes et séparés. Chacun de ces modèles a contribué de manière significative aux progrès des simulations de dynamique des fluides, permettant ainsi aux ingénieurs et aux chercheurs de développer des solutions technologiques plus efficaces et plus performantes.
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