Evaluation of high order smooth filter in large eddy simulation of fully developed turbulent channel flow with explicit filtering

• Autorzy: Nouri N. M. , Motlagh S. Y. , Yasari E.

Warianty tytułu

PL

Ocena gładkiego filtra wysokiego rzędu przy symulacji wielkowirowej z filtrowaniem jawnym w pełni rozwiniętego turbulentnego przepływu w kanale

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Explicit filtering with a smooth shape is one of approaches adopted in large eddy simulations (LES). The present work investigates the application of an explicit high order smooth (HOS) filter for the LES of a fully developed turbulent channel flow. The Crank-Nicolson scheme for time marching and second-order finite-volume schemes for spatial derivatives were implemented in this investigation. Implicit filtering, together with the Smagorinsky sub-grid scale (SGS) model, and explicit filtering, along with a HOS filter were studied in a fully turbulent channel flow. In this study, explicit HOS filtering with an explicit filter width to grid size ratio of 2.0 was in agreement with the available direct numerical simulation (DNS) data. However, the mean velocity profile in the streamwise direction was underestimated, and the turbulence intensity in the streamwise direction improved compared to other directions. Moreover, turbulence stresses were well predicted using the mixed SGS and sub-filter stress (SFS) models and applying the HOS filter as an explicit filter.

PL

Jawne filtrowanie typu gładkiego jest jedną z metod stosowanych w symulacjach wielkowirowych (tzw. LES). W pracy opisano zastosowanie filtra wysokiego rzędu o charakterystyce gładkiej (HOS) do symulacji wielkowirowej w pełni rozwiniętego turbulentnego przepływu w kanale. W badaniach wykorzystano metodę Cranka-Nicolsona oraz techniki przyrostów czasowych i objętości skończonych drugiego rzędu do wyznaczania pochodnych zmiennych przestrzennych. Przeanalizowano filtrowanie niejawne łącznie z podsieciowym modelem skalowym Smagorynskiego (SGS) oraz filtrowanie jawne HOS w pełni turbulentnego przepływu w kanale. W badaniach wy- kazano, że filtrowanie jawne za pomocą filtra HOS, którego stosunek długości do rozmiaru siatki wynosił 2, dało zgodne wyniki z dostępnymi rezultatami bezpośrednich symulacji numerycznych (DNS). Nieco niedoszacowany okazał się średni profil prędkości w kierunku wzdłużnym przepływu, natomiast poprawiły się wyniki dotyczące intensywności turbulencji właśnie w tym kierunku w porównaniu do kierunków pozostałych. Zaobserwowano ponadto, że zastosowanie kombinacji SGS z użyciem modeli subfiltrów naprężeń (SFS) oraz HOS jako filtru jawnego pozwoliło na poprawne wyznaczenie wartości naprężeń turbulentnych.

Słowa kluczowe

EN

large eddy simulation; explicit filtering; implicit filtering

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 4
• Strony: 1101--1114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nouri N. M.

autor

Motlagh S. Y.

autor

Yasari E.

• Iran University of Science and Technology, Department of Mechanical Engineering, Tehran, Iran,

Bibliografia

• 1. Bardina J., Ferziger J.H., Reynolds W.C., 1980, Improved subgrid scale models for large-eddy simulation, AIAA, 1280-1357
• 2. Chow F.K., Street R.R., 2005, Explicit filtering and reconstruction turbulence modeling for large-eddy simulation of neutral boundary layer flow, J. Atmospheric Sciences, 62, 2058-2077
• 3. De Stefano G., Vasilyev O.V., 2002, Sharp cut-off versus smooth filtering in large eddy simulation, Journal of Physics of Fluids, 14, 1
• 4. Deardorff W.J., 1970, A numerical study of three-dimensional turbulent channel flow at large Reynolds numbers, J. Fluid Mech., 41, 453-480
• 5. Elhami A., Kazemzadeh H.S., Mashayek F., 2005, Evaluation of a fourthorder finite-volume compact scheme for LES with explicit filtering, Numerical Heat Transfer, Part B, 48, 147-163
• 6. Germano M., Piomelli U., Moin P., Cabot W.H., 1991, A dynamic subgrid-scale eddy viscosity model, Phys. Fluids, 3, 1760-1765
• 7. Kim J., Moin P., Moser R., 1987, Turbulence statistics in fully developed channel flow at low Reynolds numbers, J. Fluid Mech., 177, 133-166
• 8. Lund T.S., 1997, On the use of discrete filters for large-eddy simulation, Annual Research Briefs, Center for Turbulence Research, NASA Ames/Stanford University, 83-95
• 9. Lund T.S., Kaltenbach H.J., 2003, The used of explicit filter in large eddy simulation, Computers and Mathematics, 46, 603-616
• 10. Nouri N.M., Yekani Motlagh S., Yasari E., Sarreshtedary A., 2007, Investigating the effect of cut-off filter shape and comparing different kinds of discrete filters with the shape close to sharp cut-off in LES, Proceedings of the Seventh Iranian Aerospace Conference
• 11. Nouri N.M., Yekani Motlagh S., Yasari E., Sarreshtedary A., 2008, The effect of smooth filter shape on sub-grid model and Reynolds stress profiles in LES, Proceedings from the Eleventh Fluid Dynamics Conference, 1682
• 12. Piomelli U., Cabot W.H., Moin P., Lee S., 1991, Subgrid-scale backscatter in turbulent transitional flows, Phys. Fluids, 3, 1766-1771
• 13. Smagorinsky J., 1963, General Circulation experiments with the primitive equations: The basic experiment, Monthly Weather Rev., 91, 99152
• 14. Tellervo T.B., 2005a, A priori tests on numerical errors in large eddy simulation using finite differences and explicit filtering, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 51, 6, 635-657
• 15. Tellervo T.B., 2005b, Comparison between approaches to explicit filtering in large eddy simulation, Journal of Structural Mechanics, 38, 3, 59-62
• 16. Tellervo T.B., 2008, Usability of explicit filtering in large eddy simulation with a low-order numerical scheme and different subgrid-scale models, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 57, 7, 905-928