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Investigación de la Disipación Numérica en Simulaciones de Grandes Vórtices Clásicas e Implícitas

Autores: El Rafei, Moutassem; Könözsy, László; Rana, Zeeshan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2017

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Acceso abierto

Artículo científico
2017

Investigación de la Disipación Numérica en Simulaciones de Grandes Vórtices Clásicas e Implícitas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Esquemas numéricos
Propiedades disipativas
Esquema MUSCL
Simulaciones de Grandes Vórtices Implícitas
Simulación de Grandes Vórtices
Ecuaciones de Navier-Stokes
Error de truncamiento
Energía cinética
Números de Reynolds
Vorticidad
Transformada Rápida de Fourier

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 20

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La medida cuantitativa de las propiedades disipativas de diferentes esquemas numéricos es crucial para los métodos computacionales en el campo de las aplicaciones aeroespaciales. Por lo tanto, el objetivo del presente estudio es examinar el poder de resolución del esquema Monotonic Upwind Scheme for Conservation Laws (MUSCL) con tres limitadores de pendiente diferentes: uno de segundo orden y dos de tercer orden utilizados dentro del marco de las Simulaciones de Grandes Remolinos Implícitas (ILES). Se examina el rendimiento del modelo subrejilla dinámico de Smagorinsky utilizado en el enfoque clásico de Simulación de Grandes Remolinos (LES). La evaluación de estos esquemas es de gran importancia para entender la disipasión numérica que podría afectar la precisión de la solución numérica. Se ha empleado un análisis de ecuaciones modificadas al término convectivo de las ecuaciones de Navier-Stokes completamente compresibles para formular una expresión analítica del error de truncamiento para el esquema de upwind de segundo orden. La contribución de las derivadas parciales de segundo orden en la expresión del error de truncamiento mostró que el efecto de este error numérico no podía ser ignorado en comparación con la tasa total de disipasión de energía cinética. Las transiciones de flujo laminar a turbulento se visualizan considerando el caso de prueba del vórtice de Taylor-Green (TGV) inviscido. La evolución en el tiempo de la energía cinética promediada volumétricamente y la tasa de disipasión de energía cinética se han monitoreado para todos los esquemas numéricos y todos los niveles de malla. El mecanismo de disipasión se ha comparado con datos de Simulación Numérica Directa (DNS) encontrados en la literatura a diferentes números de Reynolds. Encontramos que el poder de resolución y la propiedad de ruptura de simetría se mejoran con resoluciones de malla más finas. Se ha observado la producción de vorticidad en términos de enstrofia y viscosidad efectiva. El espectro de energía cinética instantánea se ha calculado utilizando una Transformada Rápida de Fourier (FFT) tridimensional. Todas las combinaciones de métodos numéricos producen un espectro en , y cerca del pico de disipasión, todos los métodos fueron capaces de predecir la pendiente con precisión al refinar la malla.

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