Le décollement est de deux sortes, et leur difficulté est tout à fait différente.
Décollement imposé par la géométrie. Sur une arête vive, l'écoulement n'a pas le choix ; l'emplacement est fixé par la géométrie. Le choix du modèle a peu d'effet.
Décollement par gradient de pression. Sur une surface plane ou faiblement courbée (un diffuseur, l'extrados d'une aube, l'arrière d'un véhicule), l'endroit où commence le décollement est fixé par la résistance de la couche limite au gradient de pression adverse — donc par le modèle de turbulence. Ici, le choix du modèle change directement le résultat.
Pourquoi k-ε le voit tard
Le k-ε standard surestime la viscosité turbulente sous un gradient de pression adverse. Une viscosité élevée fait paraître la couche limite plus résistante qu'elle ne l'est : l'écoulement reste attaché, le décollement commence trop tard ou n'apparaît jamais. L'avantage de SST sur ce problème vient précisément de ce qu'il limite la contrainte de cisaillement [1]. Voir la note sur le modèle de turbulence.
Le recollement : la grandeur oubliée
L'écoulement décollé se recolle à la surface un peu plus loin, et le transfert thermique atteint son maximum au point de recollement — souvent plusieurs fois la valeur non perturbée. Dans les boîtiers électroniques, les jets impactants et les élargissements brusques, c'est là que se situe le point chaud ou froid.
Le maillage doit résoudre l'intérieur de la bulle de décollement avec assez de cellules ; un maillage qui traverse la bulle en trois à cinq cellules manque à la fois la position du recollement et le maximum de transfert thermique.
Dépendance au temps
Une zone de décollement est rarement stationnaire : la bulle grossit et se réduit, le point de recollement oscille. Une solution stationnaire donne une moyenne et peine souvent à converger. Si l'oscillation est supprimée, la physique est effacée. Voir la note sur la convergence et la note sur RANS/DES/LES.
Validation
Dans une étude où le décollement gouverne, un seul modèle ne suffit pas. En calculer au moins deux et rapporter de combien le point de décollement se déplace est la mesure la plus honnête de la fiabilité du résultat.
Références
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
- Langtry, R. B. & Menter, F. R. (2009). Correlation-based transition modeling for unstructured parallelized computational fluid dynamics codes. AIAA Journal, 47(12), 2894–2906. DOI: 10.2514/1.42362