Fluxos de canal turbulentos compressíveis: resultados de DNS e modelagem

O presente artigo aborda algumas questões atuais na modelagem de fluxos turbulentos de cisalhamento compressíveis. O trabalho é baseado em simulação numérica direta (DNS) de dois fluxos de canal supersonicos totalmente desenvolvidos entre paredes isotérmicas muito frias. Uma decomposição detalhada e análise dos termos que aparecem nas equações de momento e energia média são apresentadas. Os resultados da simulação são utilizados para fornecer insights sobre as diferenças entre a média de Reynolds convencional e a média de Favre das quantidades de fluxo médio e turbulentas. O estudo do orçamento de energia da turbulência para os dois casos mostra que os efeitos de compressibilidade devido a flutuações turbulentas de densidade e pressão são insignificantes. Em particular, a dissipação dilatacional e o produto médio das flutuações de pressão e dilatação são muito pequenos, ao contrário dos resultados de simulações para turbulência compressível homogênea cortada e das propostas recentes para modelos de fluxos turbulentos compressíveis gerais. Isso fornece uma possível explicação de por que a transformação ponderada pela densidade de Van Driest (que ignora quaisquer verdadeiros efeitos de compressibilidade turbulenta) é tão bem-sucedida em correlacionar dados de camada limite compressíveis. Finalmente, constatou-se que os dados de DNS não apoiam a forte analogia de Reynolds. Uma representação mais geral da analogia é analisada e mostrada para coincidir muito bem com os dados de DNS.