Published June 1980 | Version v1
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On spatial resolution capabilities with direct numerical simulations of turbulent Benard convection

Description

In a former paper results of numerically simulated turbulent natural convection have been presented for which rather coarse finite difference grids and no subgrid-scale models have been used. These results, and the theoretically determined values for the coefficients of the subgrid-scale heat flux model are tested in this paper on the basis of recent direct numerical simulations using finer grids. As a result of increasing spatial resolution capabilities the earlier published Nusselt numbers decrease by about 6% and the rms-values of the temperature fluctuations by about 4%. Only less than 1% of the turbulence energy is neglected by the restricted spatial resolution for high wave numbers of the coarse grids used earlier. The theory to calculate the subgrid-scale model coefficients turns out to be a suitable tool to judge on the spatial resolution capabilities of the finite difference grids used actually. Due to the moderate Rayleigh number under consideration all grids used in this work are fine enough to resolve even the smallest relevant turbulence elements; therfore, subgrid-scale models have not to be used. A complete plot output of the analyzing part of the TURBIT computer program is discussed in the appendix. (orig.)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

In einem frueheren Bericht wurden Ergebnisse numerischer Simulationen von turbulenter Naturkonvektion dokumentiert, die mit Hilfe relativ grober Maschennetze und ohne Verwendung von Feinstrukturmodellen erzielt wurden. Auf der Basis neuerer Simulationen mit feineren Maschennetzen werden die frueheren Rechnungen und die theoretischen Ergebnisse fuer die Koeffizienten des Temperaturfeinstrukturmodells ueberprueft. Die Auswertung dieser numerischen Ergebnisse zeigt, dass die urspruenglich ermittelten Nusselt-Zahlen um etwa 6% zu gross sind, und die rms-Werte der Temperaturschwankungen um etwa 4%. Dabei wird von den frueher benutzten raeumlich schlecht aufloesenden Maschennetzen bei hohen Wellenzahlen weniger als 1% der Turbulenzenergie vernachlaessigt. Die Theorie zur Berechnung der Modellkoeffizienten erweist sich als taugliches Werkzeug zur Beurteilung des raeumlichen Aufloesungsvermoegens der Maschennetze. Alle hier verwendeten Netze erreichen die totale Aufloesung auch der kleinsten wesentlichen Wirbel. Fuer das feinste Netz wird eine vollstaendige Plotausgabe des Rechenprogramms TURBIT diskutiert. (orig.)

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Original title (German)
Ueber das raemliche Aufloesungsvermoegen numerischer Simulationen von turbulenter Benard-Konvektion

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Imprint Pagination
53 p.
Report number
KFK--2981-B