Evaluación de Modelos de Turbulencia en una Capa Límite Turbulenta de Pared Fría Hipersónica
Autores: Huang, Junji; Bretzke, Jorge-Valentino; Duan, Lian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Evaluación de Modelos de Turbulencia en una Capa Límite Turbulenta de Pared Fría Hipersónica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Modelos de turbulencia
Tensión de Reynolds
Flujo de calor turbulento
Simulaciones RANS
DNS
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este estudio, se investiga la capacidad de los modelos de turbulencia estándar de una o dos ecuaciones para predecir los perfiles de media y turbulencia, el esfuerzo de Reynolds y el flujo de calor turbulento en aplicaciones de capa límite de pared fría hipersónica. Los modelos de turbulencia en investigación incluyen el modelo de una ecuación de Spalart-Allmaras, el modelo k- base de Menter, así como el modelo de transporte de esfuerzo cortante k- de Menter. Se realizan simulaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds (RANS) con los diferentes modelos de turbulencia para una capa límite turbulenta de placa plana, con un número de Mach de corriente libre nominal de 8 y una relación de temperatura de pared a recuperación de 0.48, y los resultados de RANS se comparan con los de simulaciones numéricas directas (DNS) bajo condiciones similares. El estudio muestra que los modelos de turbulencia de viscosidad de remolino seleccionados, en combinación con un modelo de número de Prandtl constante para el flujo de calor turbulento, dan buenas predicciones de la fricción en la piel, el flujo de calor en la pared y los perfiles medios de la capa límite. La suposición de Boussinesq conduce a predicciones esencialmente correctas del esfuerzo cortante de Reynolds, pero da predicciones incorrectas de los esfuerzos normales de Reynolds. El modelo de número de Prandtl constante da una predicción adecuada del flujo de calor turbulento normal, mientras que no logra predecir los flujos de calor turbulentos transversales. La discrepancia en las predicciones del modelo entre los tres modelos de viscosidad de remolino en investigación es pequeña.
Descripción
En este estudio, se investiga la capacidad de los modelos de turbulencia estándar de una o dos ecuaciones para predecir los perfiles de media y turbulencia, el esfuerzo de Reynolds y el flujo de calor turbulento en aplicaciones de capa límite de pared fría hipersónica. Los modelos de turbulencia en investigación incluyen el modelo de una ecuación de Spalart-Allmaras, el modelo k- base de Menter, así como el modelo de transporte de esfuerzo cortante k- de Menter. Se realizan simulaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds (RANS) con los diferentes modelos de turbulencia para una capa límite turbulenta de placa plana, con un número de Mach de corriente libre nominal de 8 y una relación de temperatura de pared a recuperación de 0.48, y los resultados de RANS se comparan con los de simulaciones numéricas directas (DNS) bajo condiciones similares. El estudio muestra que los modelos de turbulencia de viscosidad de remolino seleccionados, en combinación con un modelo de número de Prandtl constante para el flujo de calor turbulento, dan buenas predicciones de la fricción en la piel, el flujo de calor en la pared y los perfiles medios de la capa límite. La suposición de Boussinesq conduce a predicciones esencialmente correctas del esfuerzo cortante de Reynolds, pero da predicciones incorrectas de los esfuerzos normales de Reynolds. El modelo de número de Prandtl constante da una predicción adecuada del flujo de calor turbulento normal, mientras que no logra predecir los flujos de calor turbulentos transversales. La discrepancia en las predicciones del modelo entre los tres modelos de viscosidad de remolino en investigación es pequeña.