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Diffusion limit of langevin pdf models in weakly inhomogeneous turbulence

By Casimir Emako, Viviana Letizia, Nadia Petrova, Rémi Sainct, Roland Duclous and Olivier Soulard

Abstract

In this work, we discuss the modelling of transport in Langevin probability density function (PDF) models used to predict turbulent flows. Our focus is on the diffusion limit of these models, i.e. when advection and dissipation are the only active physical processes. In this limit, we show that Langevin PDF models allow for an asymptotic expansion in terms of the ratio of the integral length to the mean gradient length. The main contribution of this expansion yields an evolution of the turbulent kinetic energy equivalent to that given by a k-epsilon model. In particular, the transport of kinetic energy is given by a gradient diffusion term. Interestingly, the identification between PDF and k-epsilon models raises a number of questions concerning the way turbulent transport is closed in PDF models. In order to validate the asymptotic solution, several numerical simulations are performed.Dans cet article, nous abordons la question de la modélisation du transport turbulent dans les modèles de turbulence basés sur les fonctions de densité de probabilité (PDF). Nous étudions la limite diffusive de ces modèles obtenue lorsque l'advection et la dissipation sont les seuls processus physiques actifs. Dans cette limite, nous montrons que les modèles PDF donnent lieu à un développement asymptotique selon un petit paramètre correspondant au rapport de l'échelle intégrale sur l'échelle du gradient moyen. La contribution principale de ce développement s'identifie avec un modèle k-epsilon classique. En particulier, le transport de l'énergie turbulente est donné par une diffusion en premier gradient. L'identification entre modèle k-epsilon et modèle PDF permet de soulever un certain nombre de questions sur la manière dont le transport est modélisé dans les approches PDF. La solution asymptotique est validée par des simulations numériques réalisées à l'aide d'un code Monte Carlo mais aussi d'un code déterministe

Topics: [ PHYS.MECA.MEFL ] Physics [physics]/Mechanics [physics]/Mechanics of the fluids [physics.class-ph], [ SPI.MECA.MEFL ] Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2014
OAI identifier: oai:HAL:hal-00983649v1
Provided by: Hal-Diderot

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