Modélisation de turbulence par contrainte de Reynolds des vagues brisant en zone de déferlement

La dynamique des fluides computationnelle est de plus en plus utilisée pour étudier le phénomène intrinsèquement compliqué de la rupture des vagues. À ce jour, cependant, aucun modèle unique n'a prouvé être capable de simuler avec précision le processus de rupture sur l'ensemble de la zone de déferlement pour les vagues débordantes et plongeantes. La présente étude considère à nouveau le modèle de fermeture de turbulence par contrainte de Reynolds à cette fin, où est le taux de dissipation spécifique. Une nouvelle analyse de stabilité prouve que, contrairement aux fermetures à deux équations (du moins dans leurs formes standards), le modèle par contrainte est stable sur le plan de la neutralité dans la région de flux potentiel idéalisé sous les vagues de surface. Il évite donc naturellement la croissance exponentielle non physique de la turbulence avant la rupture, qui a affecté de nombreuses études antérieures. L'analyse est confirmée par la simulation d'une série de vagues superficielles progressives. Le modèle par contrainte est ensuite utilisé pour simuler une couche limite de vague turbulente, démontrant une précision supérieure par rapport à un modèle à deux équations, en particulier lors de la décélération du flux. Enfin, le modèle par contrainte est utilisé pour simuler des vagues brisant débordantes et plongeantes, avec une précision apparemment sans précédent. Plus précisément, le présent travail marque la première fois qu'un modèle de fermeture de turbulence unique parvient collectivement : (1) à éviter la surproduction de turbulence avant la rupture, (2) à prédire avec précision le point de rupture, (3) à fournir une évolution raisonnable des contraintes normales turbulentes, tout en (4) permettant une évolution précise de la structure et de l'amplitude de la vitesse de l’ondement à travers la zone de déferlement, tant pour les cas débordants que plongeants. Les différences dans les contraintes de cisaillement de Reynolds prédites (d'où la résistance au flux) sont identifiées comme essentielles à l'amélioration des performances de la zone de déferlement interne, par rapport à un modèle à deux équations à la pointe de la technologie.