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A new extension for k-omega turbulence models to account for wall roughness

Knopp, Tobias und Eisfeld, Bernhard und Bartolome Calvo, Javier (2009) A new extension for k-omega turbulence models to account for wall roughness. International Journal of Heat and Fluid Flow, 30 (1), Seiten 54-65. Elsevier. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.009.

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693kB

Kurzfassung

This paper presents a new extension for k-omega turbulence models to account for surface roughness for transitionally and fully rough surfaces. It is based on the equivalent sand grain approach and accounts for theoretical considerations on the log-layer solution for fully rough surfaces. An appropriate behaviour for transitional roughness is achieved by means of wall values for k and omega which depend on the roughness Reynolds number. In the limit of vanishing roughness, the smooth wall boundary condition is recovered. For the full range of roughness Reynolds numbers the new roughness modification gives very successful predictions for a variety of flat plate turbulent boundary layer flows and for the pipe flow experiments by Nikuradse. The new method allows for the simulation of flows over rough surfaces at the same grid resolution requirements as for smooth walls. Thereby the extremely fine near-wall mesh resolution required by the Wilcox roughness modification is avoided. Secondly the new roughness modification gives significantly improved predictions in skin friction for transitional roughness Reynolds numbers compared to the roughness extension by Wilcox. Thirdly, the new roughness extension does not require a modification of the SST k-omega model, whereas a modification is necessary if the roughness extension by Wilcox is used. Finally the new method is applied successfully to predict the aerodynamic effects of surface roughness on the flow past an airfoil in highlift conditions.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/61452/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A new extension for k-omega turbulence models to account for wall roughness
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Knopp, TobiasDLR ASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eisfeld, BernhardDLR ASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartolome Calvo, JavierDLR ASNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2009
Erschienen in:International Journal of Heat and Fluid Flow
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:30
DOI:10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.09.009
Seitenbereich:Seiten 54-65
Verlag:Elsevier
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Boundary layer; Turbulence modelling; Wall roughness; Equivalent sand grain; Skin friction
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung (alt)
Standort: Braunschweig , Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > CASE
Hinterlegt von: Knopp, Dr.rer.nat. Tobias
Hinterlegt am:07 Dez 2009 10:45
Letzte Änderung:06 Sep 2019 15:26

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