Published February 10, 2022 | Version v1
Publication Open

Three-Dimensional Numerical Simulation of a Flat Plate Perpendicularly Submitted to Current With a Blockage Ratio of 0.214: URANS and Detached Eddy Simulation

Creators

  • 1. Universidade Federal do Rio de Janeiro
  • 2. Southern University of Science and Technology
  • 3. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou)

Description

Abstract The uniform flow over a nominally two-dimensional normal thin flat plate with blockage ratio 0.214 was numerically investigated in three dimensions by three methods: unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes (URANS) based on the realizable k–epsilon (RKE) turbulence model, URANS based on the k–omega shear stress transport (SST) turbulence model, and detached eddy simulation (DES). The Reynolds number based on the inlet flow velocity and the chord width of the plate was 117,000. A comprehensive comparison against earlier experimental results showed that URANS-SST method only could give a correct Strouhal number but overestimated the mean base pressure distribution and mean drag coefficient, while URANS-RKE and DES methods succeeded in giving accurate predictions of all. Moreover, by comparing the instantaneous vorticity contours and three-dimensional (3D) turbulent flow structures, it is found that DES is better suited for the present case because it can capture irregular small-scale structures and reproduce the three-dimensionality and low-frequency unsteadiness of the vortex shedding. Finally, through the volume-of-fluid (VOF)-based simulation of the free surface, it is demonstrated that the free surface has no significant effect on the mean drag coefficient and Strouhal number.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم فحص التدفق المنتظم على صفيحة مسطحة عادية ثنائية الأبعاد اسمياً مع نسبة انسداد 0.214 عدديًا في ثلاثة أبعاد بثلاث طرق: متوسط رينولدز غير المستقر Navier - Stokes (URANS) بناءً على نموذج الاضطراب k - epilon (RKE) القابل للتحقيق، URANS بناءً على نموذج الاضطراب k - omega shear stress transport (SST)، ومحاكاة الدوامة المنفصلة (DES). كان رقم رينولدز بناءً على سرعة تدفق المدخل وعرض وتر اللوحة 117000. أظهرت مقارنة شاملة مع النتائج التجريبية السابقة أن طريقة URANS - ST يمكن أن تعطي فقط رقم Strouhal الصحيح ولكنها بالغت في تقدير متوسط توزيع الضغط الأساسي ومتوسط معامل السحب، في حين نجحت طرق URANS - RKE و DES في إعطاء تنبؤات دقيقة للجميع. علاوة على ذلك، من خلال مقارنة ملامح الدوامة اللحظية وهياكل التدفق المضطرب ثلاثية الأبعاد (3D)، وجد أن DES أكثر ملاءمة للحالة الحالية لأنها يمكن أن تلتقط الهياكل الصغيرة غير المنتظمة وتعيد إنتاج عدم الثبات ثلاثي الأبعاد ومنخفض التردد للدوامة. أخيرًا، من خلال المحاكاة القائمة على حجم السائل (VOF) للسطح الحر، يتضح أن السطح الحر ليس له تأثير كبير على متوسط معامل السحب وعدد ستروهال.

Translated Description (French)

Résumé L'écoulement uniforme sur une plaque plane normale nominalement bidimensionnelle avec un taux de blocage de 0,214 a été étudié numériquement en trois dimensions par trois méthodes : le modèle de turbulence de Navier-Stokes à moyenne de Reynolds instationnaire (URANS) basé sur le modèle de turbulence k–epsilon (RKE) réalisable, le modèle de turbulence URANS basé sur le modèle de turbulence de transport de contrainte de cisaillement k–omega (SST) et la simulation de Foucault détachée (des). Le nombre de Reynolds basé sur la vitesse d'écoulement à l'entrée et la largeur de corde de la plaque était de 117 000. Une comparaison complète avec les résultats expérimentaux antérieurs a montré que la méthode URANS-SST ne pouvait donner qu'un nombre de Strouhal correct, mais surestimait la distribution moyenne de la pression de base et le coefficient de traînée moyen, tandis que les méthodes URANS-RKE ET DES ont réussi à donner des prédictions précises de tous. De plus, en comparant les contours de vorticité instantanée et les structures d'écoulement turbulent en trois dimensions (3D), on constate que DES est mieux adapté au cas présent car il peut capturer des structures irrégulières à petite échelle et reproduire la tridimensionnalité et l'instabilité à basse fréquence de l'excrétion de vortex. Enfin, grâce à la simulation basée sur le volume de fluide (VOF) de la surface libre, il est démontré que la surface libre n'a pas d'effet significatif sur le coefficient de traînée moyen et le nombre de Strouhal.

Translated Description (Spanish)

Resumen El flujo uniforme sobre una placa plana delgada normal nominalmente bidimensional con una relación de bloqueo de 0.214 se investigó numéricamente en tres dimensiones mediante tres métodos: Navier–Stokes promediado por Reynolds inestable (URANS) basado en el modelo de turbulencia k–epsilon (RKE) realizable, URANS basado en el modelo de turbulencia de transporte de tensión de corte (SST) k–omega y simulación de remolinos separados (des). El número de Reynolds basado en la velocidad del flujo de entrada y el ancho de la cuerda de la placa fue de 117.000. Una comparación exhaustiva con resultados experimentales anteriores mostró que el método URANS-SST solo podía dar un número de Strouhal correcto, pero sobreestimó la distribución media de la presión base y el coeficiente de arrastre medio, mientras que los métodos URANS-RKE y DES lograron dar predicciones precisas de todos. Además, al comparar los contornos de vorticidad instantánea y las estructuras de flujo turbulento tridimensional (3D), se encuentra que DES es más adecuado para el presente caso porque puede capturar estructuras irregulares a pequeña escala y reproducir la tridimensionalidad y la inestabilidad de baja frecuencia del desprendimiento del vórtice. Finalmente, a través de la simulación basada en el volumen de fluido (VOF) de la superficie libre, se demuestra que la superficie libre no tiene un efecto significativo en el coeficiente de arrastre medio y el número de Strouhal.

Files

omae_144_2_021907.pdf.pdf

Files (16.3 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:ffdda1c1c663aa450aa31169e56a53cb
16.3 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
محاكاة رقمية ثلاثية الأبعاد لصفيحة مسطحة يتم تقديمها عموديًا إلى التيار مع نسبة انسداد 0.214: URANS ومحاكاة الدوامة المنفصلة
Translated title (French)
Simulation numérique tridimensionnelle d'une plaque plane soumise perpendiculairement au courant avec un taux de blocage de 0,214 : URANS et simulation de Foucault détachée
Translated title (Spanish)
Simulación numérica tridimensional de una placa plana sometida perpendicularmente a la corriente con una relación de bloqueo de 0.214: simulación URANS y Eddy separada

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4200426129
DOI
10.1115/1.4053316

Is supplement to
https://openalex.org/W4389443537 (Other)
https://openalex.org/W2756211003 (Other)
https://openalex.org/W2381801959 (Other)
https://openalex.org/W2346172373 (Other)
https://openalex.org/W2093880669 (Other)
https://openalex.org/W2067327589 (Other)
https://openalex.org/W2021301322 (Other)
https://openalex.org/W2001125916 (Other)
https://openalex.org/W196974285 (Other)
https://openalex.org/W177020584 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1895618799
  • https://openalex.org/W1971740568
  • https://openalex.org/W1977807655
  • https://openalex.org/W1984406929
  • https://openalex.org/W1990803405
  • https://openalex.org/W1998551194
  • https://openalex.org/W2000118752
  • https://openalex.org/W2002395697
  • https://openalex.org/W2003362361
  • https://openalex.org/W2010773425
  • https://openalex.org/W2027807437
  • https://openalex.org/W2032777079
  • https://openalex.org/W2048132534
  • https://openalex.org/W2055630536
  • https://openalex.org/W2058253689
  • https://openalex.org/W2078359065
  • https://openalex.org/W2149493559
  • https://openalex.org/W2150067632
  • https://openalex.org/W2158323256
  • https://openalex.org/W2789752479
  • https://openalex.org/W3023018938
  • https://openalex.org/W3137044140
  • https://openalex.org/W323536346