Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations using Non-equilibrium Eddy Viscosity Model as proposed by Akira Yoshizawa has been implemented into k-omega SST model of Menter to simulate for flow around a single rectangular Micro-Vortex Generator placed on a flat plate, skewed at three different angles (10 o, 16 o & 23o). Conventional two-equation models perform rather poorly for flows that are not in near-equilibrium state. These turbulence models are based on single-time-scale schemes. Flow past a vortex generator produces tip vortices which are highly non-equilibrium in nature. Hence, the Non-equilibrium eddy viscosity model as proposed by Yoshizawa et al. has been employed in this study. Yoshizawa’s Non-equilibrium eddy viscosity model takes into account a non-stationary or non-equilibrium effect in time scale of turbulence. This is synthesized by combining several characteristic time scales; mean-strain, mean-vorticity and also frame-rotation effect on dissipation rate equation. This modification results in reduction of eddy viscosity in swirling flows.
Experimental and CFD database of Yao and Lin has been taken as a reference case for the present study. GAMBIT is used to generate structured mesh for the entire computational domain and simulations are performed in OpenFOAM in which simpleFOAM, a steady state solver for incompressible, turbulent flow; is employed. Computational results indicate that the characteristics of the tip vortex for the MVG are much better predicted by employing this Non-equilibrium eddy viscosity model compared to the original k-omega SST model of Menter. Non-equilibrium eddy viscosity model reduces the estimation of turbulent eddy viscosity in the vortex core region compared to the k-omega SST model which leads to better prediction of vortex features of the MVG cases. Vortex path, both in vertical and lateral directions obtained from Non-equilibrium eddy viscosity model follow the same trend as that of k-omega SST model. The lateral path when compared to the experimental results are very well predicted. However, the vertical path needs further investigation. Improvement is also seen on the estimation of vortex size which is investigated in terms of half-life radius.
평판 위에 세 각 (10 o, 16 o 그리고 23o)으로 부착된 직사각형의 미소 와류 발생기를 지나는 유동을 모사하기 위하여 Akira Yoshizawa에 의해 제안된 비평형 와점성 모델을 Mentor의 k-omega SST 모델에 적용하여 RANS 해석을 수행하였다. 전통적인 2 방정식 난류 모형들은 평형 상태에 있지 않은 유동에 대한 해석 성능이 떨어진다. 이들 난류 모형들은 단일 시간 스케일 기법을 기반으로 하고 있다. 와류 발생기를 지나는 유동은 강한 비평형 상태의 끝단 와류를 발생시킨다. 따라서 본 연구에서는 Yoshizawa 등에 의해 제안된 비평형 와점성 모델을 적용하였다. Yoshizawa의 비평형 와점성 모델은 비정상 또는 비평형 효과를 난류의 시간 스케일에 반영한다. 이는 평균 변형률, 평균 와류, 프레임 회전 효과가 소산 방정식에 미치는 영향 등과 관련한 시간 스케일들의 특성을 종합함으로써 이루어진다. 이와 같은 변경은 소용돌이 유동에서의 와점성을 감소시키는 결과를 가져온다.
본 연구에서는 Yao와 Lin의 실험 및 전산유체해석 데이터 베이스를 기준 케이스로 선택하였다. 전체 계산 도메인에 대해 정렬 격자를 GAMBIT을 사용하여 생성하였고 유동 해석은 OpenFOAM내에서 정상 상태의 비압축성 난류 유동 해석을 위한simpleFOAM을 사용하여 수행하였다. 해석 결과들은 비평형 와점성 모델을 사용함으로써 미소 와류 발생기로부터의 끝단 와류 특성을 기존의 k-omega SST 모델보다 훨씬 더 잘 예측함을 보여주었다. k-omega SST 모델에 비교했을 때, 비평형 와점성 모델은 와류 중심 부에서 예측되는 난류 와점성을 감소시킴으로써 보다 나은 와류의 특성이 예측되도록 하였다. 비평형 와점성 모델로부터 얻어진 수직 및 측 방향으로의 와류 경로는 k-omega SST 모델로부터의 결과와 동일한 경향을 보여주었다. 실험 결과와 비교 했을 때, 측 방향으로의 와류 경로는 매우 잘 예측됨을 알 수 있었다. 하지만 수직 방향으로의 경로는 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다. 반감 반경을 기준으로 한 와류 크기의 예측결과도 개선됨을 확인하였다.
