Evaluación del Modelo de Turbulencia en Flujos Compresibles alrededor de Geometrías Complejas con Redes No Estructuradas
Autores: Araya, Guillermo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Evaluación del Modelo de Turbulencia en Flujos Compresibles alrededor de Geometrías Complejas con Redes No Estructuradas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelos de turbulencia
Ecuaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds
Modelo de Spalart-Allmaras
Modelo k de Wilcox
Modelo de transporte de tensión cortante (SST) de Menter
Solucionador de flujo FLITE3D
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Uno de los factores clave para simular flujos realistas limitados por paredes a altos números de Reynolds es la selección de un modelo de turbulencia apropiado para las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds (RANS) en estado estacionario. En esta investigación, se exploró el rendimiento de varios modelos de turbulencia para la simulación de flujo turbulento, compresible y en estado estacionario en geometrías complejas (curvaturas de superficies cóncavas y convexas) y mallas no estructuradas. Los modelos de turbulencia considerados fueron el modelo de Spalart-Allmaras, el modelo k- de Wilcox y el modelo de transporte de tensión cortante (SST) de Menter. Se empleó el solucionador de flujo FLITE3D, que utiliza un método de volumen finito estabilizado con captura de discontinuidades. Se realizó un análisis numérico comparativo de los diferentes modelos para casos clásicos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), como el flujo supersónico sobre una placa plana isotérmica, el flujo transónico sobre el perfil aerodinámico RAE2822, el ala M6 de ONERA y una configuración genérica de aeronave F15. La validación se llevó a cabo mediante datos experimentales disponibles en la literatura, así como simulaciones numéricas directas (DNS) con alta resolución espacial/temporal. Para flujos adjuntos o ligeramente separados, el rendimiento de todos los modelos de turbulencia fue consistente. Sin embargo, se observó lo contrario en flujos separados con zonas de recirculación. En particular, el modelo SST de Menter mostró el mejor compromiso entre describir con precisión la física del flujo y la estabilidad numérica.
Descripción
Uno de los factores clave para simular flujos realistas limitados por paredes a altos números de Reynolds es la selección de un modelo de turbulencia apropiado para las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds (RANS) en estado estacionario. En esta investigación, se exploró el rendimiento de varios modelos de turbulencia para la simulación de flujo turbulento, compresible y en estado estacionario en geometrías complejas (curvaturas de superficies cóncavas y convexas) y mallas no estructuradas. Los modelos de turbulencia considerados fueron el modelo de Spalart-Allmaras, el modelo k- de Wilcox y el modelo de transporte de tensión cortante (SST) de Menter. Se empleó el solucionador de flujo FLITE3D, que utiliza un método de volumen finito estabilizado con captura de discontinuidades. Se realizó un análisis numérico comparativo de los diferentes modelos para casos clásicos de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), como el flujo supersónico sobre una placa plana isotérmica, el flujo transónico sobre el perfil aerodinámico RAE2822, el ala M6 de ONERA y una configuración genérica de aeronave F15. La validación se llevó a cabo mediante datos experimentales disponibles en la literatura, así como simulaciones numéricas directas (DNS) con alta resolución espacial/temporal. Para flujos adjuntos o ligeramente separados, el rendimiento de todos los modelos de turbulencia fue consistente. Sin embargo, se observó lo contrario en flujos separados con zonas de recirculación. En particular, el modelo SST de Menter mostró el mejor compromiso entre describir con precisión la física del flujo y la estabilidad numérica.