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Analyse physique et modélisation d'écoulements turbulents instationnaires compressibles autour de surfaces portantes par approches statistiques haute-fidélité et de dimension réduite dans le contexte de l'interaction fluide-structure
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Bourguet, Rémi |
| Copyright Year | 2008 |
| Abstract | Dans le contexte de la prediction d'ecoulements aerodynamiques realistes, l'elaboration d'une strategie de modelisation hierarchique permet d'envisager conjointement la simulation numerique precise des phenomenes physiques par une approche "Haute-fidelite" (HF) et l'integration de modeles de faible complexite numerique au sein de procedures d'optimisation ou de controle. L'etude proposee contribue au developpement d'une telle methodologie pour la modelisation des ecoulements instationnaires compressibles et turbulents autour de surfaces portantes qui presentent un interet applicatif certain. Les proprietes structurales de la turbulence hors-equilibre dans les ecoulements parietaux a grands nombres de Reynolds sont examinees. Sur la base de cette analyse physique, une loi constitutive est suggeree pour la modelisation des contraintes turbulentes dans le cadre de l'approche statistique Organised Eddy Simulation. L'introduction d'une viscosite de turbulence tensorielle permet de tenir compte des non-linearites mises en evidence entre les tenseurs de deformation moyenne et d'anisotropie des contraintes turbulentes. Les composantes de la viscosite de turbulence anisotrope sont determinees grâce a un modele de turbulence specifique issu de projections d'une fermeture au second ordre. Parallelement, une approche de modelisation d'ordre reduit fondee sur la projection de Galerkin des equations de Navier-Stokes pour les ecoulements compressibles, sur une base de faible dimension extraite par Decomposition Orthogonale aux valeurs Propres (POD), est developpee. La methode POD-Galerkin est mise en œuvre dans le cas d'ecoulements faiblement compressibles et transsoniques autour d'ailes, prealablement predits et analyses par simulation numerique directe ou via l'approche HF precedente. Elle conduit a une estimation des evolutions spatio-temporelles predominantes fidele au modele HF, tout en autorisant une reduction importante du nombre de degres de liberte du modele. La robustesse du modele POD-Galerkin vis-a-vis de variations parametriques de la configuration de l'ecoulement est quantifiee. Une methode est proposee pour la prise en compte d'une modification de la forme de l'aile dans le modele reduit, dans la perspective de son application a l'optimisation de forme. ABSTRACT : In the context of realistic aerodynamic flow prediction, the elaboration of a hierarchical modelling strategy allows to consider both precise numerical simulation of physical phenomena by a "High-Fidelity" (HF) approach, and integration of low numerical complexity models into optimisation or control procedures. The present study contributes to the development of such a methodology for the modelling of compressible and turbulent unsteady flows around airfoils, which are of high applicative interest. The structural properties of non-equilibrium turbulence are examined in high Reynolds number parietal flows. On the basis of this physical analysis, a constitutive law is suggested for modelling of the turbulent stresses within the statistical framework of the Organised Eddy Simulation approach. The non-linearities occurring between mean strain and turbulent stress anisotropy tensors can be captured by a tensorial eddy-viscosity. The components of the anisotropic eddy-viscosity are determined by a specific turbulence model issued from projections of a second-order closure. Jointly, a reduced-order modelling approach issued from the Galerkin projection of the compressible flow Navier-Stokes equations onto a low- imensional basis extracted by Proper Orthogonal Decomposition (POD), is developed. The POD-Galerkin method is applied in the case of slightly compressible and transonic flows around wings initially predicted and analysed by direct numerical simulation or the previous HF approach. This leads to an efficient prediction of main flow space-time evolutions while a strong reduction of the number of degrees of freedom is achieved. The robustness of the POD-Galerkin model towards parametric changes in the flow configuration is quantified. A method is suggested to take into account wing shape modifications in the reduced-order model, in the prospect of its application to optimal shape design |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | http://oatao.univ-toulouse.fr/7756/1/bourguet1.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
