Una domanda separa gli approcci alla turbolenza: i vortici sono modellati o risolti?
Quattro livelli
RANS. Tutte le scale turbolente sono modellate; si risolve solo il campo medio. La via più economica e la più diffusa nell'industria. Sufficiente per grandezze medie — perdita di carico, rendimento, flusso termico totale. Si veda la nota sul modello di turbolenza.
URANS. Gli stessi modelli, risolti in transitorio. Ha senso quando esiste un evento periodico nettamente separato dalla turbolenza (distacco di vortici, passaggio delle pale). Non risolve la turbolenza stessa.
DES / ibridi. Si comporta come RANS nello strato limite e come LES nella regione separata. La proposta di Spalart e collaboratori mira a evitare il costo di risolvere la regione vicino a parete risolvendo al contempo i vortici dopo la separazione [1]. Un buon equilibrio dove domina la separazione.
LES. I vortici grandi sono risolti e solo le scale piccole sono modellate; l'approccio a sottogriglia di Smagorinsky è il primo esempio di questa famiglia [2]. Necessario per grandezze come miscelamento, rumore e fluttuazione di temperatura.
Il criterio di decisione
| Grandezza cercata | Approccio sufficiente |
|---|---|
| Perdita di carico, rendimento, temperatura media | RANS |
| Forza periodica, carico da passaggio pale | URANS |
| Flusso dopo la separazione, scia di veicolo, sorgente di rumore aerodinamico | DES |
| Qualità del miscelamento, fluttuazione di temperatura, acustica | LES |
Un avvertimento sui costi
LES e DES sono transitori e devono raccogliere statistica: nessun risultato è disponibile finché non si sono percorsi e mediati diversi tempi di attraversamento. Il costo totale può arrivare a cento volte quello di RANS.
Anche il requisito di griglia è diverso in natura: in LES la griglia è parte del modello — fissa il confine fra scale risolte e modellate. Per questo in LES «indipendenza dalla griglia» non è definita nel senso che ha in RANS, e la validazione richiede cure a parte. Si veda la nota su verifica e validazione.
Riferimenti
- Spalart, P. R., Jou, W.-H., Strelets, M. & Allmaras, S. R. (1997). Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach. In Advances in DNS/LES, Greyden Press, Columbus, OH.
- Smagorinsky, J. (1963). General circulation experiments with the primitive equations. Monthly Weather Review, 91(3), 99–164. DOI: 10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32(8), 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149