Large-eddy simulation with near-wall modeling using weakly enforced no-slip boundary conditions

Abstract

In large-eddy simulations (LES) [31] of wall-bounded turbulent flows, near-wall sharp gradients of the velocity field, and small eddies scaling with distance to the wall, give rise to undesired computational costs associated with fine grids and small time steps needed to resolve these features. Near-wall modeling is often employed to significantly reduce these costs [28]. In LES with near-wall modeling (LES-NWM), while the core flow is reasonably well resolved, the unresolved near-wall region is modeled through suitable boundary conditions, which obviates the need to use small time steps and fine meshes in the near-wall region. This is in contrast to LES with near-wall resolution (LES-NWR), in which the mesh is made finer near the wall, and the time-step size is reduced in order to capture the finer spatial and temporal scales of near-wall turbulence.

En simulaciones de grandes remolinos (LES) [31] de flujos turbulentos delimitados por paredes, los gradientes agudos cerca de la pared del campo de velocidad y los pequeños remolinos que escalan con la distancia a la pared dan lugar a costos computacionales no deseados asociados con cuadrículas finas y pequeños pasos de tiempo necesarios para resolver estas características. El modelado cerca de la pared se emplea a menudo para reducir significativamente estos costos [28] . En LES con modelado cerca de la pared (LES-NWM), mientras que el flujo del núcleo está razonablemente bien resuelto, la región cercana a la pared no resuelta se modela a través de condiciones de contorno adecuadas, lo que obvia la necesidad de usar pasos de tiempo pequeños y mallas finas en la región cercana a la pared. Esto contrasta con LES con resolución cerca de la pared (LES-NWR), en el que la malla se hace más fina cerca de la pared y el tamaño del paso de tiempo se reduce para capturar las escalas espaciales y temporales más finas de la turbulencia cerca de la pared.