Numerical simulation of a two-dimensional turbulent wall jet in an external stream

Abstract

Turbulent wall jets possess a region with negative production of turbulent kinetic energy between the points of maximum velocity and vanishing shear stress. This characteristic feature cannot be shown with many turbulence models. The use of an extended expression for the primary turbulent shear stress together with a k–ɛ or an algebraic Reynolds stress model results in a model which can show this physical property. Computed results obtained with this concept are compared with measurements and results obtained with the standard k–ɛ model and a full Reynolds stress closure. It is shown that the computed results with the present and the Reynolds stress model are of similar quality. However, the Reynolds stress solution is more costly in computing time.

Zusammenfassung

Bei turbulenten Wandstrahlen tritt zwischen den Punkten maximaler Geschwindigkeit und verschwindender Schubspannung ein Bereich mit negativer Produktion von kinetischer Turbulenzenergie auf. Viele Turbulenzmodelle können diese für die Beschreibung der turbulenten Strömung wichtige Eigenschaft nicht wiedergeben. Durch die Kombination einer erweiterten Schubspannungsbeziehung mit einem k–ɛ Modell oder einem algebraischen Reynoldsschen Spannungsmodell entsteht ein Modell, mit dem es möglich ist, diese physikalische Eigenschaft zu zeigen. Dieses Turbulenzmodell beschreibt auch die Strömung in Wandnähe und liefert bei wesentlich kürzeren Rechenzeiten ähnliche Ergebnisse wie ein volles Reynoldssches Spannungsmodell.