Comptes Rendus
Numerical simulation of expansion/compression effect on shock induced turbulent flow
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 333 (2005) no. 3, pp. 235-242.

The interaction of homogeneous and isotropic turbulence with a shock wave is observed by solving the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations with the kɛ turbulence model. All turbulent fluctuations are measured at the period of expansion in the turbulent field and during compression by the reflected shock on turbulent field, and it is observed that the longitudinal turbulent velocity fluctuation is enhanced more at the period of expansion due to incident shock wave movement far from the turbulent field. The amplification of the turbulent kinetic energy (TKE) level in the shock/turbulence interaction depends on the shock wave strength and the longitudinal velocity difference across the shock wave. On decreasing the longitudinal velocity difference across the shock, the turbulent kinetic energy (TKE) level is less amplified. The TKE level is amplified by the factor of 1.5–1.8 in the shock/turbulence interaction where the dissipation rate of TKE decreases in all cases of shock/turbulence interaction. After the shock/turbulence interaction, the turbulent dissipative-length scale is amplified slightly and the amplification of the length scales decreases when increasing the shock strength.

On observe l'interaction d'une turbulence homogène et isotrope avec une onde de choc en résolvant numériquement les équations de Navier–Stokes du modèle kɛ, avec le nombre de Reynolds moyennisé. Toutes les fluctuations turbulentes sont mesurées pendant la période d'expansion dans un fluide turbulent et pendant la compression par le choc réfléchi sur le champ turbulent ; on observe que les fluctuations de la vitesse de turbulence longitudinale sont rehaussées plus durant la phase d'expansion dû à l'influence de l'onde de choc incidente loin du champ turbulent. L'amplification du niveau de l'énergie cinétique turbulente (TKE) dans les interactions entre choc et turbulence dépend de l'intensité de l'onde de choc et de la différence de vitesse longitudinale le long de l'onde de choc. Si la différence de la vitesse longitudinale le long du choc diminue, l'énergie cinétique turbulence (TKE) est moins amplifiée. Le niveau de la TKE est amplifié par le facteur 1.5–1.8 dans l'interaction choc/turbulence, où le taux de dissipation de la TKE diminue dans tous les cas d'interaction choc/turbulence. Après cette interaction, l'échelle de longueur turbulente dissipative est légèrement amplifiée pendant que l'amplification des échelles de longueur diminue si l'intensité du choc augmente.

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DOI: 10.1016/j.crme.2004.11.012
Keywords: Computational fluid mechanics, Shock wave, Navier–Stokes equations, Turbulence model, Shock/turbulence interaction
Mot clés : Mécanique des fluides numérique, Onde de choc, Équation de Navier–Stokes, Modèle de turbulence, Interaction choc/turbulence

Mohammad Ali Jinnah 1; Kazuyoshi Takayama 1

1 Shock Wave Research Center, Institute of Fluid Science, Tohoku University, 2-1-1 katahira, Aoba, Sendai 980-8577, Japan
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Mohammad Ali Jinnah; Kazuyoshi Takayama. Numerical simulation of expansion/compression effect on shock induced turbulent flow. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 333 (2005) no. 3, pp. 235-242. doi : 10.1016/j.crme.2004.11.012. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/j.crme.2004.11.012/

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