Estudio de dinámica de fluidos computacional de ala en flujo de aire y flujo aire-sólido utilizando tres técnicas de mallado diferentes y comparación con resultados experimentales en túnel de viento
Autores: Karkoulias, Dionysios G.; Tzoganis, Evangelos D.; Panagiotopoulos, Anastasios G.; Acheimastos, Spyridon-Giaroslav D.; Margaris, Dionissios P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Estudio de dinámica de fluidos computacional de ala en flujo de aire y flujo aire-sólido utilizando tres técnicas de mallado diferentes y comparación con resultados experimentales en túnel de viento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Simulación
Flujo
Aire
Partículas sólidas
Incendio forestal
Ala
Aerodinámica
Eficiencia
Multifase
UAV
Extinción de incendios
Ansys Fluent
CFD
Malla
Modelo de turbulencia
Experimentos
Túnel de viento
Modelo impreso en 3D
Validación
Segunda fase.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
El propósito principal de este trabajo es simular el flujo de aire y partículas sólidas sobre un incendio forestal e investigar el flujo monofásico y multifásico sobre la superficie de un ala diseñada a medida con un perfil aerodinámico Eppler-420 que incluye un winglet mezclado también diseñado a medida. El ala es el resultado de un diseño conceptual y preliminar de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) a pequeña escala diseñado para ayudar en la lucha contra incendios. Las brasas del incendio serán simuladas en el código comercial Ansys Fluent como partículas sólidas inyectadas en la fase continua, en un enfoque Euler-Lagrange. Se estudiaron principalmente la respuesta del modelo en flujos de aire y aire-sólido, así como el impacto en la eficiencia aerodinámica debido a la existencia de la segunda fase. Además, se investigaron y compararon los efectos de mallas poli-hexagonales no estructuradas, estructuradas y mosaico. Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se implementaron utilizando un solucionador basado en presión, la discretización espacial se realizó con un esquema de alto orden upwind de segundo orden, y se aplicó el modelo de turbulencia k-omega SST. Mientras tanto, el flujo bifásico se simuló utilizando el Modelo de Fase Discreta con condición de frontera de reflexión en la superficie del ala y acoplamiento bidireccional entre la fase continua y la fase discreta. Para validar los resultados, se realizaron experimentos en un túnel de viento subsónico utilizando un modelo impreso en 3D del ala. Los resultados muestran un buen acuerdo entre las simulaciones y los experimentos, con la malla estructurada acercándose más a la realidad, seguida por las mallas mosaico y no estructuradas, respectivamente. Finalmente, se observa una reducción en la eficiencia aerodinámica de la sección del ala debido a la presencia de partículas sólidas.
Descripción
El propósito principal de este trabajo es simular el flujo de aire y partículas sólidas sobre un incendio forestal e investigar el flujo monofásico y multifásico sobre la superficie de un ala diseñada a medida con un perfil aerodinámico Eppler-420 que incluye un winglet mezclado también diseñado a medida. El ala es el resultado de un diseño conceptual y preliminar de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) a pequeña escala diseñado para ayudar en la lucha contra incendios. Las brasas del incendio serán simuladas en el código comercial Ansys Fluent como partículas sólidas inyectadas en la fase continua, en un enfoque Euler-Lagrange. Se estudiaron principalmente la respuesta del modelo en flujos de aire y aire-sólido, así como el impacto en la eficiencia aerodinámica debido a la existencia de la segunda fase. Además, se investigaron y compararon los efectos de mallas poli-hexagonales no estructuradas, estructuradas y mosaico. Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se implementaron utilizando un solucionador basado en presión, la discretización espacial se realizó con un esquema de alto orden upwind de segundo orden, y se aplicó el modelo de turbulencia k-omega SST. Mientras tanto, el flujo bifásico se simuló utilizando el Modelo de Fase Discreta con condición de frontera de reflexión en la superficie del ala y acoplamiento bidireccional entre la fase continua y la fase discreta. Para validar los resultados, se realizaron experimentos en un túnel de viento subsónico utilizando un modelo impreso en 3D del ala. Los resultados muestran un buen acuerdo entre las simulaciones y los experimentos, con la malla estructurada acercándose más a la realidad, seguida por las mallas mosaico y no estructuradas, respectivamente. Finalmente, se observa una reducción en la eficiencia aerodinámica de la sección del ala debido a la presencia de partículas sólidas.