Simulations de grandes eddies vs. simulations de Navier–Stokes moyennées de Reynolds du flux et du transfert de chaleur dans un conduit en U avec séparation de flux instable

La simulation de grandes eddies (LES) et les équations de Navier–Stokes moyennées de Reynolds (RANS) ont été utilisées pour étudier l'écoulement incompressible et le transfert de chaleur dans un conduit en U avec une section transversale trapézoïdale à rapport d'aspect élevé. Pour la LES, le modèle à échelle subgrille WALE a été employé, et sa condition de frontière d'entrée a été fournie par une LES simultanée de flux entièrement développé incompressible dans un conduit droit avec la même section transversale et les mêmes conditions d'écoulement que le conduit en U. Les résultats de la LES sont présentés pour l'énergie cinétique turbulente, les contraintes de Reynolds, le taux de déformation de pression, la diffusion turbulente, le transport turbulent et les corrélations vitesse-température, avec un accent sur leur influence par la région du virage du conduit en U. Les résultats de la LES ont également été utilisés pour évaluer trois modèles RANS couramment utilisés : le modèle k-ε réalisable avec le modèle à deux couches dans la région proche des parois, le modèle de transport de contrainte de cisaillement à deux équations et le modèle de contrainte-omega à sept équations. Les résultats obtenus montrent que les RANS en régime permanent et non permanent prédisent incorrectement les effets de la séparation du flux instable. Les résultats obtenus ont également identifié les termes dans les modèles RANS qui doivent être modifiés et suggéré comment la diffusion turbulente devrait être modélisée en cas de séparation du flux instable.