Análisis computacional de generadores de microvórtices en tándem para control de flujo de capa límite supersónica
Autores: Chen, Caixia; Yang, Yong; Yan, Yonghua
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis computacional de generadores de microvórtices en tándem para control de flujo de capa límite supersónica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Generadores de microvórtices
Separación del flujo
Capas límite supersónicas
Simulación de grandes vórtices
Interacciones de vórtices
Control del flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Los generadores de microvórtices (MVGs) se utilizan ampliamente como dispositivos pasivos para controlar la separación del flujo en capas límite supersónicas al generar vórtices en forma de anillo que mitigan los efectos inducidos por el choque. Este estudio emplea simulación de grandes vórtices (LES) para investigar las estructuras del flujo en una capa límite supersónica (Mach 2.5, Re = 5760) controlada por dos MVGs instalados en tándem, con espaciados que varían de 11.75 h a 18.75 h (h = altura del MVG), junto con un caso de referencia de un solo MVG. Un esquema WENO de quinto orden y un método de Runge-Kutta TVD de tercer orden se utilizaron para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes no filtradas, con el método Liutex aplicado para visualizar las estructuras de vórtices. Los resultados revelan que los MVGs en tándem producen interacciones de vórtices complejas, con vórtices en la dirección del ancho y de la corriente fusionándose extensamente, lo que conduce a una reducción significativa en la intensidad del vórtice debido a la cancelación mutua. Se forma un déficit de momento detrás del segundo MVG, debilitando el del primero, mientras que el grosor de energía de la capa límite se duplica en comparación con el caso de un solo MVG, lo que indica un aumento de la pérdida de energía. Las distribuciones de vorticidad en la dirección de la corriente y las líneas de corriente instantáneas resaltan interacciones intensificadas con espaciados más cercanos, sin embargo, esta complejidad disminuye la efectividad general del control del flujo. Contrariamente a las expectativas, la configuración en tándem no mejora el control de la capa límite, sino que lo debilita, como lo demuestran la reducción de la fuerza del vórtice y la amplificación de la disipación de energía. Estos hallazgos subrayan un compromiso crítico en la implementación de MVG en tándem, sugiriendo que si bien las interacciones de vórtices enriquecen la complejidad del flujo, pueden comprometer los beneficios de control previstos en flujos supersónicos, con implicaciones para optimizar los arreglos de MVG en aplicaciones prácticas.
Descripción
Los generadores de microvórtices (MVGs) se utilizan ampliamente como dispositivos pasivos para controlar la separación del flujo en capas límite supersónicas al generar vórtices en forma de anillo que mitigan los efectos inducidos por el choque. Este estudio emplea simulación de grandes vórtices (LES) para investigar las estructuras del flujo en una capa límite supersónica (Mach 2.5, Re = 5760) controlada por dos MVGs instalados en tándem, con espaciados que varían de 11.75 h a 18.75 h (h = altura del MVG), junto con un caso de referencia de un solo MVG. Un esquema WENO de quinto orden y un método de Runge-Kutta TVD de tercer orden se utilizaron para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes no filtradas, con el método Liutex aplicado para visualizar las estructuras de vórtices. Los resultados revelan que los MVGs en tándem producen interacciones de vórtices complejas, con vórtices en la dirección del ancho y de la corriente fusionándose extensamente, lo que conduce a una reducción significativa en la intensidad del vórtice debido a la cancelación mutua. Se forma un déficit de momento detrás del segundo MVG, debilitando el del primero, mientras que el grosor de energía de la capa límite se duplica en comparación con el caso de un solo MVG, lo que indica un aumento de la pérdida de energía. Las distribuciones de vorticidad en la dirección de la corriente y las líneas de corriente instantáneas resaltan interacciones intensificadas con espaciados más cercanos, sin embargo, esta complejidad disminuye la efectividad general del control del flujo. Contrariamente a las expectativas, la configuración en tándem no mejora el control de la capa límite, sino que lo debilita, como lo demuestran la reducción de la fuerza del vórtice y la amplificación de la disipación de energía. Estos hallazgos subrayan un compromiso crítico en la implementación de MVG en tándem, sugiriendo que si bien las interacciones de vórtices enriquecen la complejidad del flujo, pueden comprometer los beneficios de control previstos en flujos supersónicos, con implicaciones para optimizar los arreglos de MVG en aplicaciones prácticas.