Non-reflective inlet conditions for the calculation of unsteady turbulent compressible flows at low Mach number

Conditions d’entrée non réfléchissantes pour le calcul d’écoulements turbulents compressibles à bas nombre de Mach

¹ Universitéde Pau et des Pays de l’Adour, LMAP and Inria, Cagire Team, IPRA, Avenue de l’Université, 64013 Pau, France
² CNRS, Université de Pau et des Pays de l’Adour, LMAP and Inria, Cagire Team, IPRA, Avenue de l’Université, 64013 Pau, France
³ Inria, Cagire Team and Université de Pau et des Pays de l’Adour, LMAP, IPRA, Avenue de l’Université, 64013 Pau, France
⁴ Ghent University - Department of Flow, Heat and Combustion Mechanics, Sint-Pietersnieuwstraat, 9000 Gent, Belgique

^⋆ Corresponding author: yann.moguen@univ-pau.fr

Received: 20 June 2013
Accepted: 31 March 2014

Abstract

For the unsteady simulation of compressible subsonic flows (Large Eddy Simulation or Direct Numerical Simulation), the proper handling of the inlet boundary is a challenging task. Indeed, inflow generation through imposition of the velocity may lead to a non-physical reflection of the upstream acoustic waves. In the present contribution, a method that allows both filtering of these waves and proper imposition of the required variables is proposed. This method is based on identification of the roles of the temporal rate of change of wave amplitudes at the inlet in the low Mach number regime. The formulation obtained is tested numerically on unsteady one-dimensional flows at low Mach number for which the unsteady inlet velocity signal is purely harmonic or harmonic with the superimposition of synthetic turbulence.

Résumé

Pour le calcul instationnaire d’écoulements turbulents compressibles subsoniques (simulations des grandes échelles ou simulation numérique directe), la prescription de conditions d’entrée satisfaisantes pose problème. En effet, générer l’écoulement en entrée via l’imposition du champ de vitesse peut conduire à une réflexion non physique des ondes acoustiques qui remontent l’écoulement. Dans la présente contribution, une méthode permettant à la fois de filtrer ces ondes et d’imposer les variables requises en entrée est proposée. Cette méthode repose sur l’identification des rôles respectifs des variations d’amplitude des ondes acoustiques et convectives en entrée, à bas nombre de Mach. Elle est testée numériquement pour la simulation d’un écoulement instationnaire à bas nombre de Mach avec un signal d’entrée de type harmonique seul ou combiné avec un signal synthétique de turbulence.