The effect of numerical dissipation on the predictive accuracy of wall-modelled large-eddy simulation

В данной работе систематически исследуется влияние численной диссипации на расчетную точность метода моделирования крупных вихрей с пристенным моделированием. С этой целью в свободном программном обеспечении OpenFOAM было проведено шестнадцать расчетов развитого турбулентного течения в канале. Расчеты проведены на сетках четырех разных плотностей, по четыре расчета на каждой сетке, в каждом из которых, в свою очередь, установлен разный уровень численной диссипации посредством изменения интерполяционной схемы для конвективного переноса. Проведено сравнение результатов расчетов с данными прямого численного моделирования, находящимися в открытом доступе. Показано, что профили ошибки всех рассмотренных величин находятся в монотонной зависимости от объема численной диссипации. Диссипация предсказуемо приводит к подавлению высокочастотных флуктуаций скорости. Кроме этого, она также приводит к увеличению энергии крупномасштабных флуктуаций и существенной переоценке уровня кинетической энергии турбулентности во внутреннем слое. Однако повышенный уровень диссипации приводит и к улучшению точности расчета средней скорости течения, что, в свою очередь, обеспечивает более точную оценку касательного напряжения на стенке пристенной моделью. Таким образом, оптимальный уровень диссипации может зависеть от основной цели расчета. Эффект плотности расчетной сетки на точность расчета трудно предсказуем, и оптимальное значение плотности зависит как от рассматриваемой физической величины, так и от уровня диссипативности интерполяционных схем.