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Sobre la fidelidad de los modelos de turbulencia basados en RANS en la modelización de la burbuja de separación laminar y la burbuja de separación inducida por hielo a bajos números de Reynolds en el perfil aerodinámico de vehículos aéreos no tripulados

Autores: Muhammed, Manaf; Virk, Muhammad Shakeel

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Sobre la fidelidad de los modelos de turbulencia basados en RANS en la modelización de la burbuja de separación laminar y la burbuja de separación inducida por hielo a bajos números de Reynolds en el perfil aerodinámico de vehículos aéreos no tripulados


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Burbujas de separación
Flujo laminar
Acumulación de hielo
Coeficientes aerodinámicos
Modelos de turbulencia
Simulaciones numéricas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El régimen operativo de los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) se distingue por la dominancia del flujo laminar y el campo de flujo se caracteriza por la aparición de Burbujas de Separación Laminar (BSL). La acumulación de hielo en el lado de ataque del perfil aerodinámico conduce a la formación de una Burbuja de Separación Inducida por Hielo (BSIH). Estas burbujas de separación tienen una influencia considerable en la distribución de presión, flujo de calor y tensión de corte en la superficie de los perfiles aerodinámicos y pueden afectar la predicción de los coeficientes aerodinámicos. Por lo tanto, es necesario capturar estas burbujas de separación en las simulaciones numéricas. Estudios previos han demostrado que estas burbujas pueden ser modeladas con éxito utilizando la Simulación de Grandes Vórtices (LES) y la Simulación Numérica Directa (DNS), pero son costosas computacionalmente. Además, para el modelado numérico de la acumulación de hielo, el campo de flujo necesita ser recalculado en intervalos específicos, lo que hace que LES y DNS sean inadecuados para simulaciones de acumulación de hielo. Así, es necesario desarrollar un modelo basado en la ecuación de Navier-Stokes promediada por Reynolds (RANS) que pueda predecir las BSL y BSIH con la mayor precisión posible. Se realizaron estudios numéricos para evaluar la fidelidad de varios modelos de turbulencia RANS en la predicción de BSL y BSIH. Los hallazgos se comparan con los datos experimentales y de LES disponibles en la literatura. La estructura de estas burbujas se estudia únicamente desde la perspectiva del coeficiente de presión, por lo que se hace un intento en estos estudios de explicarlo utilizando la distribución del coeficiente de fricción en la piel. Los resultados indican la importancia del uso de modelos basados en la transición al tratar con aplicaciones de bajo número de Reynolds que involucran BSL. La BSIH puede ser predicha por modelos RANS convencionales, pero están sujetas a altos niveles de incertidumbre. Se hicieron posibles recomendaciones respecto a los modelos de turbulencia al tratar con flujos que involucran BSL y BSIH, especialmente para simulaciones de acumulación de hielo.

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