Effects of the subgrid length-scale in the Delayed-Detached Eddy Simulation(DDES) are investigated based on the Spalart-Allmaras(S-A) and the k-$\omega$ Shear Stress Transport(SST) turbulence models. Driver & Seegmiller's experimental results are used to validate numerical results. Grid convergence with grid resolution and subgrid length-scale is investigated. The simulation results show that the volume method for the subgrid length-scale is more resistant to unfavorable effects of the grid size in the periodic direction than the maximum method. Using a sufficient grid resolution and an appropriate subgrid length-scale, both S-A based DDES and SST based DDES methods can provide a good correlation with the experimental data.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권1호
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pp.19-27
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2015
In the present study, an effort was made to numerically investigate rectangular cavity aeroacoustics with and without doors. The simulation was performed on an open cavity with an aspect ratio of 5:1:1 at Mach 0.85 using the delayed detached eddy simulation (DDES) approach based on the Spalart-Allmaras model. Two cavity configurations, a clean cavity and a cavity with doors, were modeled. The results obtained from the clean cavity were compared with the experimental sound pressure levels (SPL) and the root mean square for the pressures applied. Furthermore, comparisons of frequencies were made using a modified semi-empirical Rossiter formula. The simulation using DDES precisely predicted the pressure fluctuation and the results matched the experiment quite well. The SPLs at the rear of the cavity were much higher than those in the front due to the instability of the shear layer impinging on the rear wall. Comparisons of DDES for the clean cavity and the doors-on cavity revealed that the SPLs inside the cavity as well as the magnitude of tones are amplified by the side doors. The main focus of this investigation was to obtain a better understanding of the open cavity acoustic resonance phenomenon and investigate the effects of cavity doors on the SPL.
Detached Eddy Simulation (DES) is applied to an axisymmetric base flow at supersonic mainstream. DES is a hybrid approach to modeling turbulence that combines the best features of the Reynolds-averaged Navier-Stokes RANS) and large-eddy simulation (LES) approaches. In the Reynolds-averaged mode, the model is currently based on either the Spalart-Allmaras (S-A) turbulence model. In the large eddy simulation mode, it is based on the Smagorinski subgrid scale model. Accurate predictions of the base flowfield and base pressure are successfully achieved by using the DES methodology with less computational cost than that of pure LES and monotone integrated large-eddy simulation (MILES) approaches. The DES accurately resolves the physics of unsteady turbulent motions, such as shear layer rollup, large-eddy motions in the downstream region, small-eddy motions inside the recirculating region. Comparison of the results shows that it is necessary to resolve approaching boundary layers and free shear-layer velocity profiles from the base edge correctly for the accurate prediction of base flows. The consideration of an empirical constant CDES for a compressible flow analysis may suggest that the optimal value of empirical constant CDES may be larger in the flows with strong compressibility than in incompressible flows.
Detached Eddy Simulation (DES) is applied to an axisymmetric base flow at supersonic mainstream. DES is a hybrid approach to modeling turbulence that combines the best features of the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and large-eddy simulation (LES) approaches. In the Reynolds-averaged mode, the model is currently based on either the Spalart-Allmaras (S-A) turbulence model. In the large eddy simulation mode, it is based on the Smagorinski subgrid scale model. Accurate predictions of the base flowfield and base pressure are successfully achieved by using the DES methodology with less computational cost than that of pure LES and monotone integrated large-eddy simulation (MILES) approaches. The DES accurately resolves the physics of unsteady turbulent motions, such as shear layer rollup, large-eddy motions in the downstream region, small-eddy motions inside the recirculating region. Comparison of the results shows that it is necessary to resolve approaching boundary layers and free shear-layer velocity profiles from the base edge correctly for the accurate prediction of base flows. The consideration of an empirical constant CDES for a compressible flow analysis may suggest that the optimal value of empirical constant CDES may be larger in the flows with strong compressibility than in incompressible flows.
강한 압축성을 갖는 유동의 DES 해석에서, 일반적인 경험상수 $C_{DES}$ 값 0.65를 사용할 경우 경계층 내에서 인위적으로 LES 모드로 수행된다. 본 연구에서는 S-A DES 모델에서 RANS 모드 보호를 위하여 사용되는 난류 길이와 벽거리 비의 분포 함수를 이용한 $C_{DES}$의 동적 결정 방법을 제시하였다. 동적 $C_{DES}$ 결정식을 초음속 기저 유동장에 적용한 결과 다른 모델 상수를 사용한 기존의 연구 결과에 비하여 우수한 예측을 보여주었다.
초음속 유동장 내의 축대칭 기저유동에 DES 기법을 적용하였다. 이 기법은 RANS 모드에서는 Spalart-Allmaras (S-A) 난류 모델을 사용하고, Large-eddy simulation (LES) 모드에서는 부격자 모델을 기반으로 하고 있다. LES 보다 비교적 적은 비용을 갖는 DES 기법을 사용하여 기저 유동장과 기저 압력을 정교게 예측할 수 있었다. 기저유동의 정확한 예측을 위해 경계층 두께, 운동량 두께, 표면마찰과 같은 기저 가장자리 유동 물성치를 Dutton 등의 실험과 비교하였다. DES는 하류영역에서의 전단층 말림, 큰 에디 운동, 재순환영역 내의 작은 에디 운동 같은 비정상 난류 운동의 물리적 현상을 잘 모사 하였다. 또한, 경험상수 $C_{DES}$ 1.2를 사용한 현재 결과가 일반적인 경험상수 $C_{DES}$ 0.65에 비해 실험과 잘 일치함을 보여준다.
Delayed Detached-Eddy Simulation was conducted to investigate surface pressure coefficient distribution and surface pressure fluctuation over an ONERA 70-degree delta wing at a high angle of attack. Time-averaged surface pressure distribution is directly affected by the primary vortices, whereas the pressure fluctuation is influenced by the unsteady fluctuating boundary layer over the surface. And pressure coefficient, velocity, pressure fluctuation, and turbulent kinetic energy were analyzed along the vortex core in order to investigate the process of vortex breakdown. Consequently, strong pressure fluctuations were found where the vortex breakdown was occurred at x~620 mm. The turbulent kinetic energy abruptly increased and followed after the vortex breakdown.
Kim, Donghyun;Kim, Kuisoon;Choi, Jeongyeol;Son, Changmin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권2호
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pp.157-164
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2015
The present work performs three-dimensional flow calculations based on Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) and Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) to investigate the flow field of a transonic rotor (NASA Rotor 37) at near-stall condition. It is found that the DES approach is likely to predict well the complex flow characteristics such as secondary vortex or turbulent flow phenomenon than RANS approach, which is useful to describe the flow mechanism of a transonic compressor. Especially, the DES results show improvement of predicting the flow field in the wake region and the model captures reasonably well separated regions compared to the RANS model. Besides, it is discovered that the three-dimensional vortical flows after the vortex breakdown from the rotor tip region are widely distributed and its vortex structures are clearly present. Near the rotor leading edge, a part of the tip leakage flows in DES solution spill over into next passage of the blade owing to the separation vortex flow and the backflow is clearly seen around the trailing edge of rotor tip. Furthermore, the DES solution shows strong turbulent eddies especially in the rotor hub, rotor tip section and the downstream of rotor trailing edge compared to the RANS solution.
Two-dimensional Delayed Detached Eddy Simulation (DDES) was carried out to investigate the uniform flow over a twin-box bridge deck (TBBD) with various gap ratios of L/C=5.1%, 12.8%, 25.6%, 38.5%, 73.3% and 108.2% (L: the gap-width between two girders, C: the chord length of a single girder) at Reynolds number, Re=4×104. The aerodynamic coefficients of the prototype deck with gap ratio of 73.3% obtained from the present simulation were compared with the previous experimental and numerical data for different attack angles to validate the present numerical method. Particular attention is devoted to the fluctuating pressure distribution and forces, shear layer reattachment position, wake velocity and flow pattern in order to understand the effects of gap ratio on dynamic flow interaction with the twin-box bridge deck. The flow structure is sensitive to the gap, thus a change in L/C thus leads to single-side shedding regime at L/C≤25.6%, and co-shedding regime at L/C≥35.8% distinguished by drastic changes in flow structure and vortex shedding. The gap-ratio-dependent Strouhal number gradually increases from 0.12 to 0.27, though the domain frequencies of vortices shedding from two girders are identical. The mean and fluctuating pressure distributions is significantly influenced by the flow pattern, and thus the fluctuating lift force on two girders increases or decreases with increasing of L/C in the single-side shedding and co-shedding regime, respectively. In addition, the flow mechanisms for the variation in aerodynamic performance with respect to gap ratios are discussed in detail.
A numerical study based on a delayed detached eddy simulation (DDES) is conducted to investigate the aerodynamic mechanism behind the suppression of vortex-induced vibrations (VIVs) of twin box girders by central grids, which have an inhibition effect on VIVs, as evidenced by the results of section model wind tunnel tests. The mean aerodynamic force coefficients with different attack angles are compared with experimental results to validate the numerical method. Next, the flow structures around the deck and the aerodynamic forces on the deck are analyzed to enhance the understanding of the occurrence of VIVs and the suppression of VIVs by the application of central grids. The results show that shear layers are separated from the upper railings and lower overhaul track of the upstream girder and induce large-scale vortices in the gap that cause periodical lift forces of large amplitude acting on the downstream girder, resulting in VIVs of the bridge deck. However, the VIVs are apparently suppressed by the central grids because the vortices in the central gap are reduced into smaller vortices and become weaker, causing slightly fluctuating lift forces on the deck. In addition, the mean lift force on the deck is mainly caused by the upstream girder, whereas the fluctuating lift force is mainly caused by the downstream girder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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