Development of a Klebanoff-mode-based kinetic energy model for bypass transition prediction
| العنوان: | Development of a Klebanoff-mode-based kinetic energy model for bypass transition prediction |
|---|---|
| المؤلفون: | Jecker, Loic |
| المساهمون: | André, Cécile, ONERA / DMPE, Université de Toulouse [Toulouse], ONERA-PRES Université de Toulouse, UNIVERSITE DE TOULOUSE, Grégoire CASALIS, Hugues DENIAU, Olivier VERMEERSCH, Emma CRONER |
| المصدر: | Acoustique [physics.class-ph]. UNIVERSITE DE TOULOUSE, 2018. Français |
| بيانات النشر: | HAL CCSD, 2018. |
| سنة النشر: | 2018 |
| مصطلحات موضوعية: | [SPI.ACOU]Engineering Sciences [physics]/Acoustics [physics.class-ph], TRANSITION BYPASS, [SPI.ACOU] Engineering Sciences [physics]/Acoustics [physics.class-ph], BYPASS TRANSITION, ÉNERGIE CINÉTIQUE LAMINAIRE, [SPI.MECA.MEFL] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph], KLEBANOFF MODES, LAMINAR KINETIC ENERGY, RANS MODELLING, MODÉLISATION RANS, [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph], MODES DE KLEBANOFF |
| الوصف: | The bypass transition occurs when the boundary layer is submitted to a high free-stream turbulence level. The modal transition scenario is bypassed and the transition is induced by instabilities called Klebanoff modes. Nowadays no numerical method is accurate enough to represent this phenomenon on a complex configuration. Yet it directly influences the performances and the lifespan of aircraft engines.The goal of this thesis was to develop a bypass transition model. A Klebanoff-mode based modelling was thus formulated. It consists of an equation for the Klebanoff-mode kinetic energy, called laminar kinetic energy, and a criterion predicting the transition onset. This model is formulated with local variables to be compatible with the RANS approach. Once the transition criterion is verified, this information travels downstream with the indicator beta. This transition model was first coupled to a classic k−omega turbulence model. The complete model was introduced in a boundary-layer code (3C3D) and then calibrated and validated with academic low-speed flat-plate configurations. It predicts accurately the Klebanoff-mode amplification and the position of the transition onset. The length of the transitional region is underestimated but shows a sensibility to the physical parameters which is coherent with measurements.The model was then evaluated on 2D and 3D complex turbomachinery geometries with the elsA RANS software. Its use was easier than the RANS bypass transition models used until then in the industry.Finally the transition model was coupled to two anisotropic turbulence models. Possibilities of further work are provided by this study: on the improvement of the turbulence modelling in the laminar and transitional regions and on the extension of the considered physics. Le phénomène de transition bypass se produit lorsque la couche limite est soumise à un écoulement extérieur présentant un taux de turbulence significatif. Dans ce cas, le scénario classique de transition (par ondes de Tollmien-Schlichting ou Cross-Flow) est court-circuité et la transition est induite par l’amplification d’instabilités appelées modes de Klebanoff. A l’heure actuelle, il n’existe pas de méthodes numériques précises permettant de reproduire correctement la transition bypass sur des configurations complexes. Or ce phénomène est particulièrement important car il impacte directement les performances et la durée de vie des moteurs d’avion.L’objectif de la thèse était donc de développer un modèle de prévision de la transition bypass. Une modélisation basée sur la dynamique des modes de Klebanoff a ainsi été proposée. Elle se traduit par la résolution d’une équation pour l’énergie cinétique des modes de Klebanoff kL appelée l’énergie cinétique laminaire. Un critère de transition permettant de prévoir le démarrage de la turbulence a également été mis en place. Cette modélisation est formulée localement de manière à assurer sa compatibilité avec une approche RANS. Une fois le critère de transition vérifié, cette information est véhiculée à l’aide de la propagation d’un indicateur beta par une équation de transport. La formulation proposée est donc basée sur un critère de transition et deux équations de transport pour kL et beta.Dans un premier temps, cette formulation a été couplée à un modèle de turbulence classique de type k−omega. Ce modèle a été introduit dans un code de couche limite (3C3D) puis calibrée et validé à l’aide de configurations expérimentales académiques sur plaque plane à basse vitesse. Il prévoit avec précision la croissance des modes de Klebanoff et la position de la transition. L’étalement de la région transitionnelle est en revanche sous-estimé, mais montre une dépendance aux paramètres physiques cohérente avec les mesures expérimentales. Ce modèle a ensuite été appliqué et évalué sur des géométries plus complexes 2D et 3D type aubage de turbomachine à l’aide du code RANS elsA. Son utilisation s’est montrée plus facile que celle des modèles RANS de transition bypass utilisés jusqu’alors en bureau d’étude. Par ailleurs, le modèle de transition a été couplé à deux modèles de turbulence anisotropes. Les perspectives amenées par cette étude concernent l’amélioration de la modélisation de la turbulence dans les zones laminaire et transitionnelle et l’extension de la physique traitée. |
| وصف الملف: | application/pdf |
| اللغة: | French |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=dedup_wf_001::ce9cfae614b75a26442f7d17af05b764 https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01987908 |
| حقوق: | OPEN |
| رقم الأكسشن: | edsair.dedup.wf.001..ce9cfae614b75a26442f7d17af05b764 |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| الوصف غير متاح. |