Implementation of K-epsilon turbulence models in a two dimensional parallel Navier-Stokes solver on hybrid grids

Abstract

Bu tez çalışmasında, popüler bir türbülans modeli olan k-ε türbülans modelinin paralel, 2-boyutlu, açık, yoğunluk tabanlı, sonlu hacimler temelli bir Navier-Stokes çözücüsüne (HYP2D) eklenmesi gerçekleştirilmiştir. Literatürde farklı versiyonları da bulunan k-ε türbülans modelinin standart versiyonu ile çalışılmıştır. Duvar kenarındaki çok yüksek değişimlerin türbülans üzerine etkilerini incelemek için Launder-Spalding ve Chieng-Launder duvar fonksiyonları modele adapte edilmiştir. Ayrıca, düşük Reynolds sayılarının duvar etrafındaki akışa etkilerinin incelenmesi için Abid ve Abe-Kondoh-Nagano duvar modelleri çözücüye eklenmiştir. Türbülanslı düz plaka ve RAE 2822 kanat profili üzerindeki akış için analizler yapılarak sonuçlar deneysel veriler ve daha önce doğrulanmış popüler bir akış çözücüsünden elde edilen sonuçlarda karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Son olarak, NACA 0012 kanat kesitinin etrafındaki akış farklı akış koşulları için modellenmiş ve türbülans modellerinin sonuçlar üzerindeki etkileri ve türbülansın kanat etrafındaki akışa etkileri tartışılmıştır. Bu çalışma ile HYP2D çözücüsüne türbülanslı akışları da çözebilme yeteneği kazandırılmıştır.

In this thesis, the popular k-ε turbulence model is implemented on a parallel, 2-dimensional, explicit, density-based, finite volume based Navier-Stokes solver works on hybrid grids, HYP2D. Among the other versions available in the open literature, standard version of the k-ε turbulence mode is studied. Launder-Spalding and Chieng-Launder wall functions are adapted to the turbulence model in order to investigate the effects of the strong gradients in the vicinity of the wall on the turbulence. In order to include the low-Reynolds-number effects near the wall Abid's and Abe-Kondoh-Nagano near wall models are also implemented. Flow over turbulent flat plate and RAE 2822 airfoil are studied for validation of the implementation. After the results show that the implementation is successful according to experimental data and other numerical solutions, NACA 0012 airfoil is simulated at different flow conditions and the effects of turbulence model on the results are discussed. The ability of simulating the turbulent flow with accuracy is acquired to HYP2D solver.