Variable density effects on axisymmetric sudden-expansion flows

The flow through an axisymmetric sudden expansion is investigated numerically. A low-Reynolds-number full Reynolds stress closure that can account for viscous effects near a wall and thus avoids the use of wall functions is used to close the time-averaged Navier-Stokes equations. The calculated results are compared with recent laser Doppler measurements and show that the recirculating flow and reattachment behavior are correctly predicted by the low-Reynolds-number full Reynolds stress model. Since density variation complicates mixing, coaxial flow of two different gases into an axisymmetric sudden expansion is also investigated using the full Reynolds stress model, but with the model modified to account for variable density effects. The scalar field away from the wall is calculated by solving the modelled scalar flux transport equations, but in the near-wall region, the scalar field is approximated by a constant Schmidt number. Good agreement is obtained between predictions and measurements. However, the comparison indicates that the additional terms due to density variation in the momentum and scalar flux transport equations are of importance near a wall and the governing equations for the scalar field should be modified to account for near-wall viscous dissipation effects because turbulence in this region is not isotropic. On étudie numériquement l'écoulement à travers un élargissement brusque axisymétrique. Une fermeture de tension de Reynolds qui tient compte des effets visqueux prés de la paroi évite l'utilisation des fonctions de paroi et compléte les équations de Navier-Stokes. Les résultats calculés sont comparés à des mesures récentes laser Doppler et ils montrent que l'écoulement de recirculation et le rattachement sont correctement prédits par ce modéle. Celui-ci est utilisé avec une modification pour tenir compte des effets de masse volumique variable. Le champ scalaire est calculé en résolvant les équations de transport pour la région écartée de la paroi, et prés de la paroi le champ scalaire est approché par un nombre de Schmidt constant. Un bon accord est obtenu entre les calculs et les mesures. Néanmoins, la comparaison indique que les termes additionnels relatifs à la variation de masse volumique dans les équations de quantité de mouvement et de transport scalaire sont importants prés de la paroi, et que les équations pour le champ scalaire doivent être modifiées pour tenir compte des effets de dissipation visqueuse prés de la paroi, parc