Second-moment closure of the turbulent heat fluxes for all type of thermal boundary conditions at the wall

Autor: Mangeon, Gaëtan
Přispěvatelé: Laboratoire de Mathématiques et de leurs Applications [Pau] (LMAP), Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Computational AGility for internal flows sImulations and compaRisons with Experiments (CAGIRE), Inria Bordeaux - Sud-Ouest, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA), Mécanique des Fluides, Energies et Environnement (EDF R&D MFEE), EDF R&D (EDF R&D), EDF (EDF)-EDF (EDF), Université de Pau et des Pays de l'Adour, Rémi Manceau, Jean-François Wald [Co-encadrant], ANR-17-CE06-0005,MONACO_2025,Modélisation de la convection naturelle : un défi pour l'ambition Tout Numérique 2025(2017)
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Taux de dissipation de la variance
Modélisation proche-paroi
Pondération elliptique
[PHYS.MECA.MEFL]Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the fluids [physics.class-ph]
Relaxation Elliptique
Fermeture du second ordre
Variance de la température
Elliptic blending
Differential Flux Model
[SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Taux de dissipation de la variance de température
Turbulent heat flux
Modèle de transport des flux
Variance de température
Near-wall modeling
Second-moment closure
Variance dissipation rate
Modélisation de la turbulence
Temperature variance
Flux Thermique Turbulent
Modélisation de proche paroi
Fermeture au second ordre
Flux thermiques turbulents
Second- moment closure
Turbulence modeling
Zdroj: Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2020. Français. ⟨NNT : ⟩
Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2020. Français. ⟨NNT : 2020PAUU3018⟩
Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2020. Français
Popis: Advanced modeling of turbulent heat transfer for all thermal boundary conditions is propo-sed. This work was motivated by two facts : first, the thermal turbulent models used inmostof the industrial computations are based on eddy-viscosity models which cannot deal withcomplex physics such as natural convection or heat transfer in the near-wall region. Then,the thermal boundary condition at the wall (imposed temperature, imposed heat flux, conjugateheat transfer) influences the near-wall behavior of the turbulent thermal variables.The formulation of the low-Reynolds number second moment closure EBDFM (Elliptic Blen-ding Differential Flux Model), which was originally developed for an imposed temperature atthe wall, has been extended to an imposed heat flux and a conjugate heat transfer condition.This new formulation is based on rigorous asymptotic analysis of the terms of the transportequation of the turbulent heat flux for all thermal boundary conditions. One of the key ele-ments is the thermal-to-mechanical time-scale ratio R. Its asymptotic behavior highly dependson the thermal boundary condition : R goes to the Prandtl number at the wall for an imposedtemperature and tends to infinity otherwise. Thus, solving a transport equation for the tempe-rature variance and for its dissipation rate is necessary to reproduce the asymptotic behaviorof R. Indeed, these two variables drive the behavior of in the near-wall region. Therefore,low-Reynolds number models for the temperature variance and its dissipation rate, valid forall thermal boundary conditions, are proposed. The new formulation of the EBDFM and themodels for the temperature variance and its dissipation rate have been validated by performingCode_Saturne computations of channel flows in the forced convection regime.; Cette thèse propose une modélisation avancée des transferts thermiques dans les écoulementsturbulents pour tous les types de conditions aux limites sur la température aux parois. Ces tra-vaux reposent sur un double constat : d’une part, les modèles de turbulence traitant la thermiquede l’écoulement dans la plupart des applications industrielles sont basés sur de simples relationsalgébriques incapables de représenter des physiques complexes, comme la convection naturelleet la thermique de la zone proche-paroi. D’autre part, la condition aux limites sur la températureà la paroi (température fixée, flux de chaleur imposé ou transfert thermique conjugué) influencele comportement proche-paroi des variables thermiques turbulents.La formulation du modèle bas-Reynolds du second ordre des flux thermiques turbulentsEBDFM (Elliptic Blending Differential Flux Model), développée à l’origine pour traiter des casoù une température est fixée à la paroi, a été étendue à des cas de flux de chaleur imposé etde transfert thermique conjugué. Cette nouvelle formulation se fonde sur des analyses asymp-totiques rigoureuses des termes des équations de transport des flux thermiques turbulents pourchaque condition aux limites sur la température. Un des éléments essentiels de la nouvelleformulation de l’EBDFM est le ratio des échelles de temps thermique et dynamique R. Le com-portement asymptotique de ce ratio dépend fortement de la condition aux limites : R tend versle nombre de Prandtl à la paroi lorsqu’une température est imposée, et vers l’infini sinon. Ainsi,dans le but de reproduire fidèlement ce comportement, il s’est avéré nécessaire de résoudre deséquations de transport pour la variance de température et pour son taux de dissipation puisqueces deux variables pilotent le comportement asymptotique de R. Par conséquent, cette thèse pro-pose des modèles bas-Reynolds pour la variance de la température et son taux de dissipationvalables pour toutes les conditions aux limites thermiques. La nouvelle formulation du modèleEBDFM ainsi que les modèles de la variance de la température et de son taux de dissipationont été validées par des simulations réalisées avec le logiciel de CFD Code_Saturne pour desécoulements dans un canal plan en convection forcée.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: