Modèles de turbulence dans 3DEXPERIENCE Ingénieur en dynamique des fluides

Le Ingénieur en dynamique des fluidessur lePlateforme 3DEXPÉRIENCE permet aux utilisateurs de choisir entre trois modèles de turbulence : Spalart-Allmaras, SST k-ω et Realizable k-ε. Dans cet article, on va les décomposer pour vous aider à mieux comprendre les différences entre eux et les forces et les limites de chacun.

Quels sont les modèles de turbulence ?

Les modèles de turbulence sont des modèles mathématiques utilisés en dynamique des fluides numérique (CFD) pour simuler les écoulements turbulents. Un écoulement turbulent est caractérisé par des tourbillons turbulents, ou tourbillons, générés par le mouvement du fluide. La taille de ces tourbillons varie de plusieurs fois celle du domaine d'écoulement jusqu'à l'échelle moléculaire. L'image ci-dessous illustre le développement de tourbillons de turbulence par deux générateurs de tourbillons.

Les modèles de turbulence tentent de décrire le comportement de ces tourbillons et leurs interactions, et permettent de prédire les effets de la turbulence sur le comportement global de l'écoulement. Il existe plusieurs types de modèles de turbulence, mais la plupart reposent sur le concept de viscosité turbulente, qui mesure le transfert de quantité de mouvement turbulent entre couches de fluide adjacentes. Dans ces modèles, les tourbillons turbulents sont supposés se comporter comme un fluide efficace, dont la viscosité est bien supérieure à sa viscosité moléculaire.

Les modèles de turbulence sont essentiels à la simulation de nombreuses applications d'ingénierie pratiques, telles que la conception aéronautique, l'automobile et les procédés industriels. Cependant, il est important de noter que les modèles de turbulence sont des représentations simplifiées d'un phénomène physique complexe, et que de nombreux facteurs peuvent affecter la précision de leurs prédictions. Par conséquent, la sélection et la validation d'un modèle de turbulence pour une application spécifique nécessitent une compréhension de la physique sous-jacente et une analyse approfondie de ses forces et de ses limites, ce que cet article vous aidera à faire.

Comparaison

Le modèle de Spalart-Allmaras est un modèle à une équation qui utilise une seule équation de transport pour la viscosité turbulente, ce qui le rend efficace pour les écoulements à faible nombre de Reynolds. Cependant, il présente des limites pour les écoulements à nombre de Reynolds élevé, et sa précision peut être affectée par des caractéristiques d'écoulement complexes telles que la séparation des écoulements et les gradients de pression. Dans l'industrie aérodynamique, ce modèle est la référence.

Le modèle SST k-ω est un modèle à deux équations combinant le modèle k-ω près de la paroi et le modèle k-ε dans la couche limite externe. Il fournit des prévisions précises pour les écoulements à faible et à grand nombre de Reynolds. Cela permet une meilleure prévision du frottement pariétal et d'autres comportements de la couche limite. Il comprend également une fonction de fusion qui bascule entre les deux modèles dans la zone de transition, ce qui le rend plus polyvalent que d'autres modèles. Le modèle SST k-ω peut nécessiter un étalonnage minutieux des coefficients empiriques ; cependant, Dassault Systèmes a calibré ces coefficients pour des applications générales. L'utilisateur peut, s'il le désire, les modifier pour les adapter à son application. Bien que son calcul puisse être coûteux, ce modèle est la référence absolue dans l'industrie automobile.

Le modèle k-ε réalisable est un autre modèle à deux équations qui améliore le modèle k-ε standard. Il intègre des modifications à l'équation du taux de dissipation de la turbulence, la rendant plus précise physiquement et fournissant de meilleures prévisions pour les écoulements présentant des caractéristiques complexes, comme les écoulements tourbillonnaires ou rotatifs. Cependant, sa mise en œuvre requiert un niveau d'expertise plus élevé, et ses performances peuvent être sensibles aux conditions initiales et aux conditions aux limites.

Vous trouverez ci-dessous un tableau résumant les informations ci-dessus.

Remarque:Dassault Systèmes réétalonne périodiquement les coefficients de turbulence par défaut pour s'assurer que les résultats sont conformes aux normes expérimentales et industrielles.

Résumé

Chaque modèle de turbulence a ses propres forces et limites, et la sélection d'un modèle approprié dépend de l'application spécifique et du niveau de précision requis.Spalart-AllmarasLe modèle est un bon choix pour les écoulements à faible nombre de Reynolds, tandis que leSST k-ωLe modèle est plus polyvalent et peut gérer une plus large gamme de régimes d'écoulement.k-ε réalisableCe modèle est adapté aux écoulements complexes avec des caractéristiques tourbillonnaires ou rotatives. En tant qu'ingénieur en dynamique des fluides, il est essentiel d'évaluer soigneusement les performances de chaque modèle et de choisir l'option la plus adaptée à l'application. Les parties suivantes de cet article détailleront chaque modèle et illustreront leurs points forts.

J'espère que vous avez trouvé cet article expliquantPoste d'ingénieur en dynamique des fluides 3DEXPERIENCELes modèles de turbulence sont utiles. Consultez d'autres articles ci-dessous.

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