Assessment of inflow boundary conditions for compressible turbulent boundary layers

Abstract

A description of different inflow methodologies for turbulent boundary layers, including validity and limitations, is presented. We show that the use of genuine periodic boundary conditions, in which no alteration of the governing equations is made, results in growing mean flow and decaying turbulence. Premises under which the usage is valid are presented and explained, and comparisons with the extended temporal approach ͓T. Maeder, N. A. Adams, and L. Kleiser, ''Direct simulation of turbulent supersonic boundary layers by an extended temporal approach,'' J. Fluid Mech. 429, 187 ͑2001͔͒ are used to assess the validity. Extending the work by Lund et al. ͓J. Comput. Phys. 140, 233 ͑1998͔͒, we propose an inflow generation method for spatial simulations of compressible turbulent boundary layers. The method generates inflow by reintroducing a rescaled downstream flow field to the inlet of a computational domain. The rescaling is based on Morkovin's hypothesis ͓P. Bradshaw, ''Compressible turbulent shear layers,'' Annu. Rev. Fluid Mech. 9, 33 ͑1977͔͒ and generalized temperature-velocity relationships. This method is different from other existing rescaling techniques ͓S. Stolz and N. A. Adams, ''Large-eddy simulation of high-Reynolds-number supersonic boundary layers using the approximate deconvolution model and a rescaling and recycling technique,'' Phys. Fluids 15, 2398 ͑2003͒; G. Urbin and D. Knight, ''Large-eddy simulation of a supersonic boundary layer using an unstructured grid,'' AIAA J. 39, 1288 ͑2001͔͒, in that a more consistent rescaling is employed for the mean and fluctuating thermodynamic variables. The results are compared against the well established van Driest II theory and indicate that the method is efficient and accurate.

Numerical simulation of the pseudo-shock region formation in the channel

“…Как показывает практика натурных и численных экспериментов [1,4,[15][16][17], характеристики ПС на входе в канал (в частности, и воздухозаборник) оказывают существенное влияние на формирование и структуру псевдоскач-ка. В настоящей работе для формирования профиля ПС заданной толщины в конкретном сечении на входе в воздухозаборник использовался следующий подход, основанный на известных формулах для ПС на толстой пластине совместно с модификацией из работы [17].…”

“…В настоящей работе для формирования профиля ПС заданной толщины в конкретном сечении на входе в воздухозаборник использовался следующий подход, основанный на известных формулах для ПС на толстой пластине совместно с модификацией из работы [17].…”

“…Здесь -заданная толщина моделируемого ПС, координата представляет собой расстояние до пластины, = 0.89 -постоянная восстановления пото-ка [17]. В такой постановке трансверсальная компонента скорости может быть положена равной нулю (т.е.…”

“…Для этого необходимо предварительно привести ( , ), ( , ) к виду ( , ), ( , ). Для ПС на толстой пластине известна зависимость [17] = 0.382 Re…”

Compressible Boundary Layer Predictions at High Reynolds Number using Hybrid LES/RANS Methods

“…The baseline model utilizes a flowdependent blending function to shift the closure from a RANS model (Menter's BSL) 7 near solid surfaces to a largeeddy simulation approach further away. A key to the performance of the method is the precise embedding of the RANS component of the closure within the boundary layer and the use of recycling / re-scaling techniques 3,6,[8][9][10][11] to sustain the development of larger turbulent structures in the outer layer. To assess the effects of different variations in the formulation, we perform parametric studies based on the flat-plate boundary layer experiment of Luker et al 12 (Re δ =1.78×10 5 and M ∞ =2.80).…”