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Erschienen in: Flow, Turbulence and Combustion 2/2018

23.06.2018

Direct Numerical Simulation of Flow over Periodic Hills up to \(\text {Re}_{H}= 10{,}595\)

verfasst von: Benjamin Krank, Martin Kronbichler, Wolfgang A. Wall

Erschienen in: Flow, Turbulence and Combustion | Ausgabe 2/2018

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Abstract

We present fully resolved computations of flow over periodic hills at the hill-Reynolds numbers \(\text {Re}_{H}= 5{,}600\) and \(\text {Re}_{H}= 10{,}595\) with the highest fidelity to date. The calculations are performed using spectral incompressible discontinuous Galerkin schemes of \(8^{\text {th}}\) and \(7^{\text {th}}\) order spatial accuracy, \(3^{\text {rd}}\) order temporal accuracy, as well as 34 and 180 million grid points, respectively. We show that the remaining discretization error is small by comparing the results to h- and p-coarsened simulations. We quantify the statistical averaging error of the reattachment length, as this quantity is widely used as an ‘error norm’ in comparing numerical schemes. The results exhibit good agreement with the experimental and numerical reference data, but the reattachment length at \(\text {Re}_{H}= 10{,}595\) is predicted slightly shorter than in the most widely used LES references. In the second part of this paper, we show the broad range of capabilities of the numerical method by assessing the scheme for underresolved simulations (implicit large-eddy simulation) of the higher Reynolds number in a detailed h/p convergence study.

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Fußnoten
1
Private communication with Ponnampalam Balakumar.
 
Literatur
1.
3.
Zurück zum Zitat Balakumar, P., Park, G., Pierce, B.: DNS, LES, and wall-modeled LES of separating flow over periodic hills. In: CTR, Proceedings of the Summer Program, pp. 407–415 (2014) Balakumar, P., Park, G., Pierce, B.: DNS, LES, and wall-modeled LES of separating flow over periodic hills. In: CTR, Proceedings of the Summer Program, pp. 407–415 (2014)
4.
Zurück zum Zitat Bolemann, T., Beck, A., Flad, D., Frank, H., Mayer, V., Munz, C.D.: High-order discontinuous Galerkin schemes for large-eddy simulations of moderate Reynolds number flows. In: IDIHOM: Industrialization of High-Order Methods – A Top-Down Approach, pp 435–456. Springer (2015), https://doi.org/10.1007/978-3-319-12886-3_20 Bolemann, T., Beck, A., Flad, D., Frank, H., Mayer, V., Munz, C.D.: High-order discontinuous Galerkin schemes for large-eddy simulations of moderate Reynolds number flows. In: IDIHOM: Industrialization of High-Order Methods – A Top-Down Approach, pp 435–456. Springer (2015), https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-319-12886-3_​20
6.
Zurück zum Zitat Kronbichler, M., Krank, B., Fehn, N., Legat, S., Wall, W.A.: A new high-order discontinuous Galerkin solver for DNS and LES of turbulent incompressible flow. In: New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XI, pp. 467–477. Springer (2018). https://doi.org/10.1007/978-3-319-64519-3_42 Kronbichler, M., Krank, B., Fehn, N., Legat, S., Wall, W.A.: A new high-order discontinuous Galerkin solver for DNS and LES of turbulent incompressible flow. In: New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics XI, pp. 467–477. Springer (2018). https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-319-64519-3_​42
8.
Zurück zum Zitat Krank, B., Kronbichler, M., Wall, W.A.: A multiscale approach to hybrid RANS/LES wall modeling within a high-order discontinuous Galerkin scheme using function enrichment. arXiv:1705.08813 (2017) Krank, B., Kronbichler, M., Wall, W.A.: A multiscale approach to hybrid RANS/LES wall modeling within a high-order discontinuous Galerkin scheme using function enrichment. arXiv:1705.​08813 (2017)
9.
Zurück zum Zitat Krank, B., Kronbichler, M., Wall, W.A.: Wall modeling via function enrichment: extension to detached-eddy simulation. arXiv:1712.08469 (2017) Krank, B., Kronbichler, M., Wall, W.A.: Wall modeling via function enrichment: extension to detached-eddy simulation. arXiv:1712.​08469 (2017)
20.
Zurück zum Zitat Fehn, N., Wall, W.A., Kronbichler, M.: Robust and efficient discontinuous Galerkin methods for under-resolved turbulent incompressible flows. arXiv:1801.08103 (2018) Fehn, N., Wall, W.A., Kronbichler, M.: Robust and efficient discontinuous Galerkin methods for under-resolved turbulent incompressible flows. arXiv:1801.​08103 (2018)
23.
Zurück zum Zitat Kronbichler, M., Kormann, K.: Fast matrix-free evaluation of discontinuous Galerkin finite element operators. arXiv:1711.03590 (2017) Kronbichler, M., Kormann, K.: Fast matrix-free evaluation of discontinuous Galerkin finite element operators. arXiv:1711.​03590 (2017)
24.
Zurück zum Zitat Kronbichler, M., Wall, W.A.: A performance comparison of continuous and discontinuous Galerkin methods with fast multigrid solvers. arXiv:1611.03029 (2016) Kronbichler, M., Wall, W.A.: A performance comparison of continuous and discontinuous Galerkin methods with fast multigrid solvers. arXiv:1611.​03029 (2016)
30.
Zurück zum Zitat Altmann, C., Beck, A., Birkefeld, A., Hindenlang, F., Staudenmaier, M., Gassner, G., Munz, C.D.: Discontinuous Galerkin for high performance computational fluid dynamics (HPCDG). In: Nagel, W.E., Kröner, D.B., Resch, M.M. (eds.) High Performance Computing in Science and Engineering ’11, pp 277–288. Springer (2012). https://doi.org/10.1007/978-3-642-23869-7_21 Altmann, C., Beck, A., Birkefeld, A., Hindenlang, F., Staudenmaier, M., Gassner, G., Munz, C.D.: Discontinuous Galerkin for high performance computational fluid dynamics (HPCDG). In: Nagel, W.E., Kröner, D.B., Resch, M.M. (eds.) High Performance Computing in Science and Engineering ’11, pp 277–288. Springer (2012). https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-642-23869-7_​21
35.
Zurück zum Zitat Benocci, C., Pinelli, A.: The role of the forcing term in the large eddy simulation of equilibrium channel flow. Eng. Turb. Model. Exper. 1, 287–296 (1990) Benocci, C., Pinelli, A.: The role of the forcing term in the large eddy simulation of equilibrium channel flow. Eng. Turb. Model. Exper. 1, 287–296 (1990)
36.
Zurück zum Zitat Pope, S.B.: Turbulent Flows. Cambridge University Press (2000) Pope, S.B.: Turbulent Flows. Cambridge University Press (2000)
40.
Zurück zum Zitat Rapp, C.: Experimentelle Studie der turbulenten Strömung über periodische Hügel. Ph.D. thesis, Technische Universität München (2009) Rapp, C.: Experimentelle Studie der turbulenten Strömung über periodische Hügel. Ph.D. thesis, Technische Universität München (2009)
Metadaten
Titel
Direct Numerical Simulation of Flow over Periodic Hills up to
verfasst von
Benjamin Krank
Martin Kronbichler
Wolfgang A. Wall
Publikationsdatum
23.06.2018
Verlag
Springer Netherlands
Erschienen in
Flow, Turbulence and Combustion / Ausgabe 2/2018
Print ISSN: 1386-6184
Elektronische ISSN: 1573-1987
DOI
https://doi.org/10.1007/s10494-018-9941-3

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