Variational calculus in hybrid turbulence transport models with passive scalar - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Turbulence Année : 2024

Variational calculus in hybrid turbulence transport models with passive scalar

Calcul variationnel des modèles de turbulence hybrides de transport et du passif scalaire

Résumé

Non-zonal methods of hybrid Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations-Large Eddy Simulation (LES) with subfilter transport equations enable to simulate turbulent flows out of spectral equilibrium on relatively coarse grid resolution. They can operate from RANS to LES depending on a control parameter linked to the grid step size. Variational analysis gives a useful framework to specify the functional dependence of this parameter to the grid size. This is the case for the partially integrated transport modeling method originally established in spectral space for homogeneous turbulence. The partitioning control function then monitors the ratio of the subfilter part to the total turbulent energy and the same process is developed in the present work for the thermal or transported scalar variance as well. So, we demonstrate here that this control function mechanism can be derived by variational calculus from a mathematical physics formalism developed both for first order and second order moment closures. We show that the result is entirely consistent with the spectral model derivation made in previous papers and that this approach can be transposed to almost any subfilter transport model developed in hybrid RANS-LES methodology in full generality. As a result, it will be evidenced also that resolved turbulent diffusion terms play a significant role in the acting mechanisms of turbulence and cannot be therefore neglected, even if these terms do not explicitly appear in LES subfilter closure because they are computed by the simulation itself and not modeled by the subfilter model. In addition, numerical simulations have been performed for illustrating the theoretical results of the variational analysis.
Les méthodes non-zonales hybrides RANS/LES avec équations de transport de sous-filtre permettent de simuler les écoulements turbulents hors équilibre spectral sur des grilles de faible résolution. Elles fonctionnent du RANS à la LES en fonction d'un paramètre de contrôle lié à la taille de la maille. L'analyse variationnelle procure un cadre de travail utile pour étudier la dépendance fonctionnelle de ce paramètre en fonction de la taille de la grille. On démontre que ce mécanisme de contrôle pour la méthode de modélisation du transport par intégration partielle (PITM) établie dans l'espace spectral en turbulence homogène peut être retrouvé par le calcul variationnel à partir d'un formalisme mathématique-physique développé pour les fermetures des moments du premier et du second ordre incluant le passif scalaire. On montre aussi que ce résultat est tout à fait consistant avec le résultat obtenu antérieurement dans l'espace spectral. Des simulations numériques sont également effectuées pour illustrer les résultats théoriques obtenus par la méthode variationnelle.
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Année Mois Jours
Avant la publication
jeudi 25 juillet 2024
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jeudi 25 juillet 2024
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Dates et versions

hal-04423920 , version 1 (29-01-2024)

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Citer

Bruno Chaouat, Roland Schiestel. Variational calculus in hybrid turbulence transport models with passive scalar. Journal of Turbulence, 2024, ⟨10.1080/14685248.2024.2303012⟩. ⟨hal-04423920⟩
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