Implementación de Limitadores de Flujo en la Simulación de Problemas Aerodinámicos Externos en Mallas No Estructuradas
Autores: Struchkov, A. V.; Kozelkov, A. S.; Zhuchkov, R. N.; Volkov, K. N.; Strelets, D. Yu.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Implementación de Limitadores de Flujo en la Simulación de Problemas Aerodinámicos Externos en Mallas No Estructuradas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Implementación
Limitador de flujo
Ecuaciones de Navier-Stokes
Mallas no estructuradas
Limitador de Venkatakrishnan
Precisión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El estudio está dedicado a las peculiaridades de la implementación del limitador de flujo del gradiente de cantidad de flujo al resolver problemas aerodinámicos en 3D utilizando el sistema de ecuaciones de Navier-Stokes en mallas no estructuradas. El documento describe la discretización del sistema de ecuaciones de Navier-Stokes mediante un método de volúmenes finitos y un modelo matemático que incluye el modelo de turbulencia de Spalart-Allmaras y el esquema computacional del Método de División de Advección Ascendente (AUSM+) para flujos convectivos que utiliza un esquema de aproximación de segundo orden para la reconstrucción de la solución en un facet. Se considera una solución de problemas con estructuras de ondas de choque, donde, para prevenir oscilaciones en soluciones discontinuas, se reduce el orden de precisión debido a la implementación de la función limitadora del gradiente. En particular, se eligió el limitador de Venkatakrishnan. El estudio analiza este limitador en cuanto a su impacto en la precisión de los resultados y la monotonía de la solución. Se muestra que, cuando se utiliza el limitador en una formulación clásica, cuando el umbral de operación se basa en el tamaño característico de la celda de la malla, facilita la supresión de oscilaciones no físicas en la solución y la mejora de su monotonía. Sin embargo, al calcular en mallas no estructuradas, el limitador de Venkatakrishnan en esta configuración puede resultar en la aparición de áreas de activación accidental, lo que influye en la precisión del resultado producido. Se propone el limitador de Venkatakrishnan para mallas no estructuradas, donde se propone la formulación del umbral de operación basada en los parámetros de dinámica de gases del flujo. La opción propuesta de la función se caracteriza por la ausencia de regiones parásitas de activación accidental y asegura su funcionamiento solo en la región de altos gradientes. Las propiedades de monotonía, en comparación con la formulación clásica, se preservan. Se comparan las constantes de los umbrales de operación para ambas opciones utilizando el ejemplo de la solución numérica del problema con procesos de ondas de choque en diferentes mallas. Se proporcionan recomendaciones sobre los valores óptimos de estas cantidades. Se seleccionaron problemas con un flujo supersónico en un canal con una cuña y flujo transónico sobre el perfil aerodinámico NACA0012 para examinar la aplicabilidad de las funciones limitadoras. El cálculo se llevó a cabo utilizando mallas no estructuradas compuestas de tetraedros, hexaedros truncados y poliedros. Se implementa la región de activación accidental del limitador de Venkatakrishnan en una formulación clásica, y la ausencia de tales regiones en caso de una opción modificada de la función limitadora. El análisis del campo de flujo alrededor de un NACA0012 indica que la implementación mejorada propuesta del limitador de Venkatakrishnan permite aumentar la precisión de la solución.
Descripción
El estudio está dedicado a las peculiaridades de la implementación del limitador de flujo del gradiente de cantidad de flujo al resolver problemas aerodinámicos en 3D utilizando el sistema de ecuaciones de Navier-Stokes en mallas no estructuradas. El documento describe la discretización del sistema de ecuaciones de Navier-Stokes mediante un método de volúmenes finitos y un modelo matemático que incluye el modelo de turbulencia de Spalart-Allmaras y el esquema computacional del Método de División de Advección Ascendente (AUSM+) para flujos convectivos que utiliza un esquema de aproximación de segundo orden para la reconstrucción de la solución en un facet. Se considera una solución de problemas con estructuras de ondas de choque, donde, para prevenir oscilaciones en soluciones discontinuas, se reduce el orden de precisión debido a la implementación de la función limitadora del gradiente. En particular, se eligió el limitador de Venkatakrishnan. El estudio analiza este limitador en cuanto a su impacto en la precisión de los resultados y la monotonía de la solución. Se muestra que, cuando se utiliza el limitador en una formulación clásica, cuando el umbral de operación se basa en el tamaño característico de la celda de la malla, facilita la supresión de oscilaciones no físicas en la solución y la mejora de su monotonía. Sin embargo, al calcular en mallas no estructuradas, el limitador de Venkatakrishnan en esta configuración puede resultar en la aparición de áreas de activación accidental, lo que influye en la precisión del resultado producido. Se propone el limitador de Venkatakrishnan para mallas no estructuradas, donde se propone la formulación del umbral de operación basada en los parámetros de dinámica de gases del flujo. La opción propuesta de la función se caracteriza por la ausencia de regiones parásitas de activación accidental y asegura su funcionamiento solo en la región de altos gradientes. Las propiedades de monotonía, en comparación con la formulación clásica, se preservan. Se comparan las constantes de los umbrales de operación para ambas opciones utilizando el ejemplo de la solución numérica del problema con procesos de ondas de choque en diferentes mallas. Se proporcionan recomendaciones sobre los valores óptimos de estas cantidades. Se seleccionaron problemas con un flujo supersónico en un canal con una cuña y flujo transónico sobre el perfil aerodinámico NACA0012 para examinar la aplicabilidad de las funciones limitadoras. El cálculo se llevó a cabo utilizando mallas no estructuradas compuestas de tetraedros, hexaedros truncados y poliedros. Se implementa la región de activación accidental del limitador de Venkatakrishnan en una formulación clásica, y la ausencia de tales regiones en caso de una opción modificada de la función limitadora. El análisis del campo de flujo alrededor de un NACA0012 indica que la implementación mejorada propuesta del limitador de Venkatakrishnan permite aumentar la precisión de la solución.