Valutazione delle metodologie LES e RANS per la simulazione del film cooling transonico

This work systematically assesses Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations of transonic film cooling against a high-fidelity large-eddy simulation (LES) database. A canonical flat-plate configuration with a spanwise-periodic row of round injection holes at a pitch-to-diameter ratio of three is studied at a freestream Mach number of 0.8 across operating conditions combining low-to-high density, blowing, and coolant-to-recovery temperature ratios with different injection angles. This parametric comparison tests how well the conventional k-ω SST model predicts the downstream recovery of mean momentum and thermal fields, the redistribution of turbulent fluctuations, the evolution of the counter-rotating vortex pair (CVP), and the resulting film-cooling effectiveness, without any case-specific correction. Results reveal a flow-dependent model bias: the steady closure overpredicts effectiveness for attached jets at low blowing ratios and underpredicts it for detached plumes, while producing a spurious downstream recovery driven by the artificial anchoring of the counter-rotating vortex pair. With geometric complexity removed and the governing physics retained, the dataset maps the predictive envelope of the conventional k-ω SST model for transonic film cooling, and sets an LES-referenced baseline for future comparisons with higher-order turbulence closures and time-resolved RANS methods.

Il lavoro analizza l’affidabilità preditiva delle simulazioni RANS applicate al film cooling transonico, assumendo come riferimento un database LES. Lo studio considera una piastra piana canonica, con una schiera periodica di fori circolari di iniezione caratterizzata da un rapporto passo-diametro pari a tre. Il numero di Mach della corrente indisturbata è 0.8. Le diverse condizioni operative esplorano un ampio intervallo di rapporti di densità, blowing ratio, rapporti tra la temperatura del refrigerante e quella di recupero e angoli di iniezione. L’obiettivo è valutare fino a che punto il modello k-ω SST convenzionale sia in grado di riprodurre l’evoluzione di: campi medi, fluttuazioni turbolente, principali strutture coerenti e temperatura adiabatica di parete adimensionale, senza introdurre correzioni ad hoc delle costanti del modello.