Emisiones aeroacústicas espurias en simulaciones de Lattice Boltzmann en mallas no uniformes
Autores: Schukmann, Alexander; Haas, Viktor; Schneider, Andreas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Emisiones aeroacústicas espurias en simulaciones de Lattice Boltzmann en mallas no uniformes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Aeroacústica
Boltzmann en red
Disposición de la malla
Fenómenos espurios
Modelos de colisión
Refinamiento de la malla
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Aunque existen algunos estudios aeroacústicos sobre fenómenos artificiales perjudiciales relacionados con el uso de mallas cartesianas no uniformes en métodos de Boltzmann en red (LBM), aún falta una comparación cuantitativa exhaustiva entre diferentes categorías de disposición de mallas en la literatura. En este artículo, se analizan varios esquemas establecidos para el refinamiento jerárquico de mallas en simulaciones de Boltzmann en red con respecto a las emisiones aeroacústicas espurias utilizando un modelo débilmente compresible basado en un conjunto de velocidades atermales D3Q19. Para distinguir entre diversas fuentes de fenómenos espurios, empleamos tanto el clásico modelo de colisión de Bhatnagar-Gross-Krook como otros modelos de colisión más recientes, como el operador de regularización recursiva-híbrida, el cual es capaz de filtrar las contribuciones perjudiciales de modos no hidrodinámicos, presentes inherentemente en la dinámica del LBM. Mostramos, mediante diversas simulaciones de referencia, que un enfoque centrado en celdas, ya sea con un procedimiento de explosión lineal o uniforme, así como un método de acoplamiento directo centrado en vértices, resulta ser el más adecuado en lo que respecta a la aeroacústica, ya que producen la menor cantidad de ruido espurio. Además, se demuestra cómo simples modificaciones en la selección de funciones de distribución que se van a reconstruir durante el paso de comunicación entre mallas finas y gruesas afectan los artefactos aeroacústicos espurios en esquemas centrados en vértices y, por lo tanto, pueden aprovecharse para influir positivamente en la estabilidad y precisión.
Descripción
Aunque existen algunos estudios aeroacústicos sobre fenómenos artificiales perjudiciales relacionados con el uso de mallas cartesianas no uniformes en métodos de Boltzmann en red (LBM), aún falta una comparación cuantitativa exhaustiva entre diferentes categorías de disposición de mallas en la literatura. En este artículo, se analizan varios esquemas establecidos para el refinamiento jerárquico de mallas en simulaciones de Boltzmann en red con respecto a las emisiones aeroacústicas espurias utilizando un modelo débilmente compresible basado en un conjunto de velocidades atermales D3Q19. Para distinguir entre diversas fuentes de fenómenos espurios, empleamos tanto el clásico modelo de colisión de Bhatnagar-Gross-Krook como otros modelos de colisión más recientes, como el operador de regularización recursiva-híbrida, el cual es capaz de filtrar las contribuciones perjudiciales de modos no hidrodinámicos, presentes inherentemente en la dinámica del LBM. Mostramos, mediante diversas simulaciones de referencia, que un enfoque centrado en celdas, ya sea con un procedimiento de explosión lineal o uniforme, así como un método de acoplamiento directo centrado en vértices, resulta ser el más adecuado en lo que respecta a la aeroacústica, ya que producen la menor cantidad de ruido espurio. Además, se demuestra cómo simples modificaciones en la selección de funciones de distribución que se van a reconstruir durante el paso de comunicación entre mallas finas y gruesas afectan los artefactos aeroacústicos espurios en esquemas centrados en vértices y, por lo tanto, pueden aprovecharse para influir positivamente en la estabilidad y precisión.