Titre : | Contribution à l’étude de la séparation d’écoulement turbulent dans un diffuseur plan subsonique asymétrique | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | MADANI FOUATIH Omar, Auteur | Année de publication : | 2010 | Importance : | 100 p. | Accompagnement : | CD | Langues : | Français (fre) | Catégories : | Génie Maritime
| Résumé : | Abstract
Diffusers are integral parts of jet engines and many other devices that depend on fluid flow.
Performance of a propulsion system as a whole is dependent on the efficiency of diffusers.
Identification of separation within diffusers is important because separation increases drag and
causes inflow distortion to engine fans and compressors. Diffuser flow computations are a
particularly challenging task for Computation Fluid Dynamics (CFD) simulations due to adverse
pressure gradients created by the decelerating flow, frequently resulting in separation. These
separations are highly dependent on local turbulence level, viscous wall effects, and diffuser
pressure ratio, which are functions of the velocity gradients and the physical geometry. Thus,
turbulence modeling and geometry modeling become dominant factors that affect the ability of
CFD to accurately predict flow through diffusers.
A computational study of the separated flow through a 2D and 3D asymmetric subsonic diffuser
has been performed. The Fluent Computational Fluid Dynamics code is used to predict the
separation and reattachment behavior for an incompressible diffuser flow. Fluent solutions
computed with the Spalart-Allmaras, Menter SST, Chien k-ε, Reynolds Stress Models and LES
turbulence models are compared with experiments of Buice & Eaton. The k-ω SST and Spalart-
Allmaras models provide the best agreement for the 2D case and the RSM for 3D. The
instantaneous flow reversal is observed with the use of LES models along the deflected wall,
where the mean flow profile changes gradually as the flow enters the expansion. The flow
structure of the asymmetric phenomena with different diffusion angles and Reynolds number
entries is found for this turbulent flow case. The results show that the influence on the size of the
recirculation region for turbulent flow was ambiguous with Reynolds numbers effect but evident
with the change of diffusion angles.
Le diffuseur est une partie intégrante des moteurs à réaction et de nombreux autres appareils
qui en dépendent des écoulements du fluide. La performance d'un système de propulsion dans
son ensemble dépend de l'efficacité des diffuseurs. L’identification de la séparation au sein des
diffuseurs est importante parce qu’elle augmente la traînée et provoque une déformation aux
ventilateurs de moteur et aux compresseurs. Le calcul de l’écoulement dans le diffuseur est une
tâche particulièrement difficile pour la simulation des calculs de la dynamique des fluides (CFD)
due aux gradients de pression adverse créées par l'écoulement ralenti qui entraîne souvent la
séparation, cette dernière est fortement tributaire de niveau de turbulence locale, des effets
visqueuses pariétaux et le rapport de pression du diffuseur.
Ainsi la modélisation de la turbulence devienne un facteur dominant qui affecte la capacité des
codes CFD à prédire avec précision l’écoulement dans le diffuseur. L’étude menée traite
l'écoulement turbulent séparé dans un diffuseur plan asymétrique subsonique en 2D et en 3D en
utilisant le code commercial ANSYS Fluent. Plusieurs modèles de turbulence ont été testé à
savoir : le modèle Spalart-Allmaras, k-ω SST, réalisable k-ε, RSM et la LES. Les modèles
Spalart-Allmaras et k-ω SST ont fournit le meilleur accord pour le cas 2D et le modèle RSM a
montré ses qualités pour le cas 3D. La recirculation de l’écoulement instantané a été observé
avec l'utilisation du modèle LES le long de la paroi inclinée où le profil d’écoulement moyen
change graduellement au fur et à mesure que le flux pénètre dans la zone d'expansion. La
structure de l'écoulement dans le diffuseur asymétrique en fonction de la variation des angles et
différent nombre de Reynolds a été également analysée. Les résultats montrent que l'influence de
la taille de la région de recirculation pour un écoulement turbulent, est ambigu avec la variation
du nombre de Reynolds, mais évidente avec le changement d'angles du diffuseur. | Directeur de thèse : | AOUNALLAH, M. |
Contribution à l’étude de la séparation d’écoulement turbulent dans un diffuseur plan subsonique asymétrique [texte imprimé] / MADANI FOUATIH Omar, Auteur . - 2010 . - 100 p. + CD. Langues : Français ( fre) Catégories : | Génie Maritime
| Résumé : | Abstract
Diffusers are integral parts of jet engines and many other devices that depend on fluid flow.
Performance of a propulsion system as a whole is dependent on the efficiency of diffusers.
Identification of separation within diffusers is important because separation increases drag and
causes inflow distortion to engine fans and compressors. Diffuser flow computations are a
particularly challenging task for Computation Fluid Dynamics (CFD) simulations due to adverse
pressure gradients created by the decelerating flow, frequently resulting in separation. These
separations are highly dependent on local turbulence level, viscous wall effects, and diffuser
pressure ratio, which are functions of the velocity gradients and the physical geometry. Thus,
turbulence modeling and geometry modeling become dominant factors that affect the ability of
CFD to accurately predict flow through diffusers.
A computational study of the separated flow through a 2D and 3D asymmetric subsonic diffuser
has been performed. The Fluent Computational Fluid Dynamics code is used to predict the
separation and reattachment behavior for an incompressible diffuser flow. Fluent solutions
computed with the Spalart-Allmaras, Menter SST, Chien k-ε, Reynolds Stress Models and LES
turbulence models are compared with experiments of Buice & Eaton. The k-ω SST and Spalart-
Allmaras models provide the best agreement for the 2D case and the RSM for 3D. The
instantaneous flow reversal is observed with the use of LES models along the deflected wall,
where the mean flow profile changes gradually as the flow enters the expansion. The flow
structure of the asymmetric phenomena with different diffusion angles and Reynolds number
entries is found for this turbulent flow case. The results show that the influence on the size of the
recirculation region for turbulent flow was ambiguous with Reynolds numbers effect but evident
with the change of diffusion angles.
Le diffuseur est une partie intégrante des moteurs à réaction et de nombreux autres appareils
qui en dépendent des écoulements du fluide. La performance d'un système de propulsion dans
son ensemble dépend de l'efficacité des diffuseurs. L’identification de la séparation au sein des
diffuseurs est importante parce qu’elle augmente la traînée et provoque une déformation aux
ventilateurs de moteur et aux compresseurs. Le calcul de l’écoulement dans le diffuseur est une
tâche particulièrement difficile pour la simulation des calculs de la dynamique des fluides (CFD)
due aux gradients de pression adverse créées par l'écoulement ralenti qui entraîne souvent la
séparation, cette dernière est fortement tributaire de niveau de turbulence locale, des effets
visqueuses pariétaux et le rapport de pression du diffuseur.
Ainsi la modélisation de la turbulence devienne un facteur dominant qui affecte la capacité des
codes CFD à prédire avec précision l’écoulement dans le diffuseur. L’étude menée traite
l'écoulement turbulent séparé dans un diffuseur plan asymétrique subsonique en 2D et en 3D en
utilisant le code commercial ANSYS Fluent. Plusieurs modèles de turbulence ont été testé à
savoir : le modèle Spalart-Allmaras, k-ω SST, réalisable k-ε, RSM et la LES. Les modèles
Spalart-Allmaras et k-ω SST ont fournit le meilleur accord pour le cas 2D et le modèle RSM a
montré ses qualités pour le cas 3D. La recirculation de l’écoulement instantané a été observé
avec l'utilisation du modèle LES le long de la paroi inclinée où le profil d’écoulement moyen
change graduellement au fur et à mesure que le flux pénètre dans la zone d'expansion. La
structure de l'écoulement dans le diffuseur asymétrique en fonction de la variation des angles et
différent nombre de Reynolds a été également analysée. Les résultats montrent que l'influence de
la taille de la région de recirculation pour un écoulement turbulent, est ambigu avec la variation
du nombre de Reynolds, mais évidente avec le changement d'angles du diffuseur. | Directeur de thèse : | AOUNALLAH, M. |
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