Modeling of Turbulent Flow Past a Circular Cylinder Using Large Eddy Simulation on Unstructured Grids

Abstract

ABSTRACT: In this work, a computer program is written for solving the turbulent flow equations on unstructured grids using a Large Eddy Simulation (LES) model in C++ language. To test the code, two cases are considered: laminar, periodic flow past a circular cylinder at Reynolds number, ReD = 100 which is based on the diameter of the cylinder and turbulent flow at ReD = 3900. The turbulence or sub-grid scale (SGS) model is chosen as Smagorinsky model due to its simplicity compared with dynamic models. It was found that, for the laminar case, drag, lift, and back-pressure coefficients, pressure and velocities matched quite well with the reference values obtained from literature. For the turbulent case of ReD = 3900, there is some discrepancy between the results of the present investigation and the results obtained from other resources which is due to rather coarse grid distribution dictated by the insufficient computing resources. Keywords: Computational fluid dynamics, circular cylinder, large eddy simulation, unstructured mesh, turbulence. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ÖZ: Piyasada Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) problemlerini çözmek için bazı ticari yazılımlar olsa da, ana denklemleri ve onların ayrışımlarını, türbülans modellemesini, programlamayı ve diğer HAD ile ilgili meseleleri derinlemesine anlamak için bireysel olarak yazımış bir yazılıma ihtiyaç vardur. Bu tezde, bu amaçlanmıştır ve ek olarak, yazılım, şekilsiz ızgaraları da çözecek şekilde, kapsamlı bir biçimde yazılmaya çalışılmıştır. Kodu test etmek için, iki durum düşünülmüştür; Reynolds sayısı, ReD = 100’ de laminar, periodik dairesel silindir üzerinden geçen akış, ve aynı problem ama bu kez ReD = 3900’de türbülans bir akış ile ve türbülans modeli olarak Smagorinsky Büyük Eddy Simulasyonu (BES) kullanılarak. Gösterilmiştir ki, laminar durum referans veri ile karşılaştırınca, engel, kaldırma ve basınç katsayıları, anlık basınç alanı kontür çizimi, ve ortalama akışa bakılarak, hiçbir sorun olmadan çalışmıştır. Diğer yandan, ReD = 3900 durumu yine aynı parametlere bakılarak ama bu defa ek olarak, sürtünme katsayısı, türbülans statistikleri ve daha birçok parametre ile test edilmiştir. ReD = 100 durumunda olduğu gibi, bu durumda da sonuçların çoğu referans değerlerle uyuşuyor. Bazı değerlerle ise referans değerler arasında ufak farklılıklar vardır. Bunun nedeni ise göreceli olarak daha düşük çözünürlükte ızgara kullanmaktır.

Anahtar kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, dairesel silindir, büyük eddy simulasyonu, düzensiz ızgara, türbülans.