Comparación de Dos Métodos Basados en Fourier para Simular Flujos Inestables de Distorsión en la Entrada en Compresores Transónicos
Autores: Wu, Lei; Du, Pengcheng; Ning, Fangfei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Comparación de Dos Métodos Basados en Fourier para Simular Flujos Inestables de Distorsión en la Entrada en Compresores Transónicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Aerodinámico
Compresores transónicos
Métodos basados en Fourier
Distorsión de entrada
Margen de pérdida
Eficiencia computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El rendimiento aerodinámico de los compresores transónicos, particularmente el margen de pérdida, se ve significativamente influenciado por la distorsión de entrada. Si bien los métodos de marcha en el tiempo simulan con precisión tales flujos no estacionarios, pueden ser lentos. Para mejorar la eficiencia computacional, se proponen en este documento dos métodos basados en Fourier: el método temporalmente preciso con filtrado de interfaz y el método de colocación tiempo-espacio (TSC). El método temporalmente preciso con filtrado de interfaz ignora los efectos de interacción rotor-estator, lo que permite un paso de tiempo más grande y una convergencia más rápida. En contraste, el método TSC tiene en cuenta los armónicos de las variables conservativas y transforma la simulación no estacionaria en múltiples cálculos en estado estacionario, reduciendo así los costos computacionales. Los dos métodos basados en Fourier se validan utilizando la Etapa 67 de la NASA y un ventilador transónico de dos etapas. Cerca del punto de máxima eficiencia, los resultados de ambos métodos coinciden estrechamente con los de la simulación URANS y los datos experimentales. El método temporalmente preciso con filtrado de interfaz demuestra una mejora de velocidad de 4 a 5 veces como resultado de una reducción en los pasos de iteración. En contraste, el método TSC exhibe una mejora de velocidad de al menos 20 veces en dos casos específicos, atribuible al tamaño de malla significativamente más pequeño y a los pasos de iteración empleados en el método TSC en comparación con el método URANS. Cerca del punto de pérdida, se necesitan más armónicos para la distorsión de entrada en la simulación TSC para capturar con precisión la separación del flujo. En las simulaciones del ventilador transónico de dos etapas, los fuertes efectos de interacción rotor-estator conducen a desviaciones de la simulación URANS; sin embargo, las simulaciones basadas en Fourier reflejan con precisión la tendencia del margen de pérdida bajo distorsión de presión total. En general, los métodos basados en Fourier muestran un potencial prometedor para aplicaciones de ingeniería en la estimación de la degradación del rendimiento de los compresores sometidos a distorsión de entrada.
Descripción
El rendimiento aerodinámico de los compresores transónicos, particularmente el margen de pérdida, se ve significativamente influenciado por la distorsión de entrada. Si bien los métodos de marcha en el tiempo simulan con precisión tales flujos no estacionarios, pueden ser lentos. Para mejorar la eficiencia computacional, se proponen en este documento dos métodos basados en Fourier: el método temporalmente preciso con filtrado de interfaz y el método de colocación tiempo-espacio (TSC). El método temporalmente preciso con filtrado de interfaz ignora los efectos de interacción rotor-estator, lo que permite un paso de tiempo más grande y una convergencia más rápida. En contraste, el método TSC tiene en cuenta los armónicos de las variables conservativas y transforma la simulación no estacionaria en múltiples cálculos en estado estacionario, reduciendo así los costos computacionales. Los dos métodos basados en Fourier se validan utilizando la Etapa 67 de la NASA y un ventilador transónico de dos etapas. Cerca del punto de máxima eficiencia, los resultados de ambos métodos coinciden estrechamente con los de la simulación URANS y los datos experimentales. El método temporalmente preciso con filtrado de interfaz demuestra una mejora de velocidad de 4 a 5 veces como resultado de una reducción en los pasos de iteración. En contraste, el método TSC exhibe una mejora de velocidad de al menos 20 veces en dos casos específicos, atribuible al tamaño de malla significativamente más pequeño y a los pasos de iteración empleados en el método TSC en comparación con el método URANS. Cerca del punto de pérdida, se necesitan más armónicos para la distorsión de entrada en la simulación TSC para capturar con precisión la separación del flujo. En las simulaciones del ventilador transónico de dos etapas, los fuertes efectos de interacción rotor-estator conducen a desviaciones de la simulación URANS; sin embargo, las simulaciones basadas en Fourier reflejan con precisión la tendencia del margen de pérdida bajo distorsión de presión total. En general, los métodos basados en Fourier muestran un potencial prometedor para aplicaciones de ingeniería en la estimación de la degradación del rendimiento de los compresores sometidos a distorsión de entrada.