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Incompressible Turbulent Flow Simulation Using the κ-ε Model and Upwind Schemes

机译：使用κ-ε模型和迎风方案的不可压缩湍流模拟

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摘要

In the computation of turbulent flows via turbulence modeling, the treatment of the convective terms is a key issue. In the present work, we present a numerical technique for simulating two-dimensional incompressible turbulent flows. In particular, the performance of the high Reynolds κ-ε model and a new high-order upwind scheme (adap-tative QUICKEST by Kaibara et al. (2005)) is assessed for 2D confined and free-surface incompressible turbulent flows. The model equations are solved with the fractional-step projection method in primitive variables. Solutions are obtained by using an adaptation of the front tracking GENSMAC (Tome and McKee (1994)) methodology for calculating fluid flows at high Reynolds numbers. The calculations are performed by using the 2D version of the Freeflow simulation system (Castello et al. (2000)). A specific way of implementing wall functions is also tested and assessed. The numerical procedure is tested by solving three fluid flow problems, namely, turbulent flow over a backward-facing step, turbulent boundary layer over a flat plate under zero-pressure gradients, and a turbulent free jet impinging onto a flat surface. The numerical method is then applied to solve the flow of a horizontal jet penetrating a quiescent fluid from an entry port beneath the free surface.
机译：在通过湍流模型计算湍流时，对流项的处理是一个关键问题。在当前的工作中，我们提出了一种用于模拟二维不可压缩湍流的数值技术。特别是，针对二维受限和自由表面不可压缩湍流，评估了高雷诺κ-ε模型的性能和新的高阶迎风方案（Kaibara等人（2005）的自适应QUICKEST）。使用原始变量中的分数步投影法求解模型方程。通过使用前跟踪GENSMAC（Tome和McKee（1994））方法的改编方法来获得解决方案，以计算高雷诺数下的流体流量。通过使用Freeflow模拟系统的2D版本进行计算（Castello等人，2000年）。还测试和评估了实现墙功能的特定方式。通过解决三个流体流动问题来测试数值程序，这三个问题分别是：朝后的台阶上的湍流，零压力梯度下平板上的湍流边界层以及撞击到平坦表面上的湍流自由射流。然后，采用数值方法来解决水平射流从自由表面下方的进入口渗入静态流体的问题。

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