Requisito para la Discretización Viscosa de Orden Superior para Evitar la Contaminación Numérica de las Estimaciones de Constantes del Modelo de Escala Subrejilla en un Referente de Flujo Taylor Forzado Linealmente
Autores: Gong, Xuanyou; Suzuki, Hiroki; Tanaka, Kento; Kouchi, Toshinori
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Requisito para la Discretización Viscosa de Orden Superior para Evitar la Contaminación Numérica de las Estimaciones de Constantes del Modelo de Escala Subrejilla en un Referente de Flujo Taylor Forzado Linealmente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Errores de discretización del término viscoso
Subescala
Estimaciones de constantes del modelo SGS
Presupuesto de energía
Referencia de flujo de Taylor
Simulaciones de grandes remolinos
Mallas escalonadas
Modelo de Vreman
Error numérico-interacción SGS
Física de la turbulencia
Error de truncamiento
Disipación SGS
Escalado teórico
Esquema viscoso de segundo orden
Valores de LES
Discretización viscosa de cuarto orden
Energía global
Errores de velocidad RMS.
Licencia
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Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio cuantifica cómo los errores de discretización del término viscoso contaminan las estimaciones de constantes del modelo a escala subrejilla (SGS) cuando la viscosidad de eddy SGS se ajusta para satisfacer un balance energético. Se utiliza un referente de flujo de Taylor bidimensional, forzado linealmente y en estado estacionario, de bajo número de Reynolds: preserva analíticamente la energía cinética global, y la fuerza cancela el término viscoso sin alterar el equilibrio de presión convectiva cuando se mantiene la incomprensibilidad. Las simulaciones de grandes eddies en rejillas escalonadas (562-4802) emplean diferencias centrales de segundo, cuarto y sexto orden para el término viscoso y esquemas convectivos de segundo o cuarto orden. Las tensiones SGS se representan mediante el modelo de Vreman, utilizado para investigar la interacción del error numérico con SGS en lugar de validar la física de la turbulencia tridimensional. Los errores de energía surgen casi exclusivamente de la discretización viscosa y escalan como xm (m=2,4,6). Equilibrar este error de truncamiento con la disipación SGS (proporcional a Cvx2) da como resultado la escala teórica Cv proporcional a xm-2. Para un esquema viscoso de segundo orden, el Cv requerido se vuelve independiente de x, dependiente de Re, y muy por encima de los valores prácticos de LES, mostrando que el ajuste puede servir como un parche numérico y socavar la estimación cuantitativa de constantes. Con discretización viscosa de cuarto orden o superior, el Cv requerido decae rápidamente con el refinamiento; cuando se ajusta Cv, se recupera la energía global y los errores de velocidad RMS decaen con la precisión viscosa, mientras que los efectos de orden convectivo permanecen menores.
Descripción
Este estudio cuantifica cómo los errores de discretización del término viscoso contaminan las estimaciones de constantes del modelo a escala subrejilla (SGS) cuando la viscosidad de eddy SGS se ajusta para satisfacer un balance energético. Se utiliza un referente de flujo de Taylor bidimensional, forzado linealmente y en estado estacionario, de bajo número de Reynolds: preserva analíticamente la energía cinética global, y la fuerza cancela el término viscoso sin alterar el equilibrio de presión convectiva cuando se mantiene la incomprensibilidad. Las simulaciones de grandes eddies en rejillas escalonadas (562-4802) emplean diferencias centrales de segundo, cuarto y sexto orden para el término viscoso y esquemas convectivos de segundo o cuarto orden. Las tensiones SGS se representan mediante el modelo de Vreman, utilizado para investigar la interacción del error numérico con SGS en lugar de validar la física de la turbulencia tridimensional. Los errores de energía surgen casi exclusivamente de la discretización viscosa y escalan como xm (m=2,4,6). Equilibrar este error de truncamiento con la disipación SGS (proporcional a Cvx2) da como resultado la escala teórica Cv proporcional a xm-2. Para un esquema viscoso de segundo orden, el Cv requerido se vuelve independiente de x, dependiente de Re, y muy por encima de los valores prácticos de LES, mostrando que el ajuste puede servir como un parche numérico y socavar la estimación cuantitativa de constantes. Con discretización viscosa de cuarto orden o superior, el Cv requerido decae rápidamente con el refinamiento; cuando se ajusta Cv, se recupera la energía global y los errores de velocidad RMS decaen con la precisión viscosa, mientras que los efectos de orden convectivo permanecen menores.