La turbulence est l'un des phénomènes les plus complexes observés dans la nature, ce qui rend difficile une définition précise. La littérature donne de nombreuses définitions, par exemple celle incluse dans [1] : « Un mouvement de fluide est qualifié de turbulent s'il est tridimensionnel, rotationnel, intermittent, hautement désordonné, diffusif et dissipatif. » Si vous souhaitez étudier ce phénomène complexe afin d'en apprendre davantage, nous vous recommandons cette Introduction à la turbulence.
Afin de représenter la turbulence dans son intégralité par modélisation numérique, les équations du mouvement des flux du fluide doivent être résolues à toutes les échelles spatiales et temporelles. Cette approche est appelée « Simulation numérique directe » (DNS). Dans le cas d'applications industrielles, les ressources de calcul requises par une DNS dépassent largement les capacités des superordinateurs les plus puissants actuellement disponibles.
À la place, RWIND 2 utilise une technique différente, telle que la vitesse ou la pression décomposée en composantes moyennes (moyennes) et en composantes fluctuantes. En d'autres termes, les principales équations du mouvement du fluide sont donc pondérées afin d'éliminer les échelles les plus petites. On obtient ainsi un ensemble d'équations modifiées qui est moins complexe à résoudre. Ces équations sont appelées « équations de Navier-Stokes à moyenne de Reynolds » (RANS).
Afin de résoudre les RANS dans RWIND 2, le modèle de turbulence k–ε [2] est utilisé, qui introduit deux équations de transport pour les propriétés de turbulence : la première est relative au transport de l'énergie cinétique de turbulence k et la seconde sert à déterminer le transport du taux de dissipation ε de k. Cette méthode constitue le modèle le plus couramment utilisé et testé pour les calculs CFD. Sa fiabilité, son faible coût et son niveau correct de précision éprouvés sur de nombreuses applications dédiées aux flux turbulents expliquent sa popularité dans le domaine des simulations industrielles des flux. De plus, RWIND 2 propose le modèle de turbulence k–ω comme alternative (voir cet article Wikipédia).
La « Simulation des grandes structures de la turbulence » (LES) permet de résoudre les structures turbulentes à relativement grande échelle comme dans (DNS). Les structures à petite échelle, appelées échelles de sous-grille, sont modélisées.
Dans l'« Analyse des flux transitoires », une modification d'une équation « RANS », le modèle « Spalart-Allmaras Delayed Detached Eddy Simulation » est utilisé, voir Openfoam®. Ce modèle tente de traiter les régions proches de la paroi à la manière de la RANS et le reste du flux à la manière de la LES. En d'autres termes, le mode de résolution RANS est attribué aux régions où l'échelle de longueur de turbulence est inférieure à la dimension de grille maximale. Lorsque l'échelle de longueur de turbulence dépasse la dimension de grille, les régions sont résolues à l'aide du mode de la LES.