Réponse:
La modélisation de la turbulence est un aspect critique de la mécanique des fluides numérique (CFD) qui vise à prévoir le comportement des flux turbulents. Les modèles de turbulence sont essentiels pour concevoir des applications d’ingénierie efficaces et sûres, telles que l’interaction vent-structure pour le calcul des structures. Parmi les différentes approches de modélisation des turbulences, les trois modèles les plus répandus sont : RANS (Reynolds-Averated Navier-Stokes), URANS (Unsteady Reynolds-Averated Navier-Stokes) et DDES (Delayed Detached Eddy Simulation). Chaque modèle a ses propres caractéristiques et applications.
RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes)
L’approche RANS est l’une des méthodes les plus couramment utilisées dans la modélisation des turbulences. Il s’agit de la moyenne des équations de Navier-Stokes au cours du temps, ce qui lisse efficacement les fluctuations de la turbulence pour fournir une solution de flux stationnaire. Cette méthode simplifie considérablement les exigences de calcul et est particulièrement utile pour les applications où le flux est stationnaire ou légèrement transitoire. Les modèles RANS sont largement utilisés dans les applications industrielles en raison de leur robustesse et de leur faible coût de calcul. Cependant, ils peuvent être moins précis dans la projection des flux complexes avec une séparation importante ou une forte instabilité.
URANS (Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)
L’approche URANS est une extension de l’approche RANS, permettant des modifications en fonction du temps dans le champ d’écoulement, ce qui le rend capable de saisir les phénomènes de flux transitoire. Il utilise toujours la moyenne de Reynolds des équations de Navier-Stokes, mais ne calcule pas la moyenne du flux dans le temps aussi strictement que RANS. Cela signifie qu’URANS permet de modéliser des caractéristiques de flux transitoire à plus grande échelle et des comportements oscillants, typiques dans de nombreux systèmes d’ingénierie pratique, tels que le détachement tourbillonnaire des coins du bâtiment. Bien qu’URANS constitue une amélioration par rapport à RANS en termes de capture de l’instabilité, cette méthode utilise toujours des modèles de viscosité turbulente qui ne peuvent pas résoudre correctement les structures turbulentes plus fines.
DDES (Delayed Detached Eddy Simulation)
DDES est une approche hybride combinant les méthodes RANS et la simulation des grandes structures de la turbulence (LES). Dans les zones du flux où la couche limite est fixée, la méthode DDES devient similaire à un modèle RANS, offrant ainsi une efficacité de calcul. Dans les régions où le flux se détache et où les structures turbulentes sont dominantes, la DDES passe à un mode de simulation des grandes structures de la turbulence, ce qui résout ces structures avec plus de précision. Cette méthode est particulièrement utile dans les flux complexes comprenant les zones de séparation des flux, de réassemblages et de sillage, tels que les bords et les coins de bâtiment. DDES offre un bon équilibre entre la coût de calcul et la précision, notamment dans la simulation des flux à nombre de Reynolds élevé avec des régions transitoires et séparées importantes.
Conclusion
Le choix du modèle de turbulence dépend en grande partie des exigences spécifiques du problème, notamment les caractéristiques du flux, les besoins de précision et les ressources de calcul disponibles. Les modèles RANS sont adaptés aux flux plus simples et stationnaires, tandis qu’URANS permet une meilleure gestion des phénomènes de flux transitoire. La méthode DDES, bien que plus complexe à calculer que RANS ou URANS, offre une précision supérieure dans les cas de flux transitoires, complexes et séparés. Chacun de ces modèles a contribué de manière significative aux progrès des simulations de mécanique des fluides, permettant ainsi aux ingénieurs et aux chercheurs de développer des solutions technologiques plus efficaces et plus performantes.