Optimización de Topología de Flujo a Altos Números de Reynolds Basada en Modelos de Turbulencia Modificados
Autores: Wu, Chenyu; Zhang, Yufei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Optimización de Topología de Flujo a Altos Números de Reynolds Basada en Modelos de Turbulencia Modificados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Optimización de topología de flujo
Término fuente de Darcy
Topopt
Flujo turbulento de alto número de Reynolds
Modelos de turbulencia modificados
Perfil de baja resistencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La optimización de topología de flujo (TopOpt) basada en el término fuente de Darcy se utiliza ampliamente en el campo de TopOpt. Tiene un alto grado de libertad, lo que la hace adecuada para el diseño aerodinámico conceptual. Este artículo aborda dos problemas de TopOpt para aplicar el método TopOpt a flujos turbulentos de alto número de Reynolds que se encuentran a menudo en el diseño aerodinámico. Primero, se propone una estrategia para establecer el término fuente de Darcy basada en la relación entre la magnitud del término fuente y algunas variables características del flujo (escala de longitud, velocidad del flujo libre y viscosidad del fluido). En segundo lugar, construimos dos modelos de turbulencia modificados, un modelo modificado de Launder-Sharma (LSKE) y un modelo modificado de transporte de tensión de cizallamiento (SST), que consideran la influencia del término fuente de Darcy en la turbulencia y el campo de distancia a la pared. Se estudia el TopOpt de un perfil de baja resistencia en flujo turbulento utilizando el modelo LSKE modificado. Se demuestra, al comparar perfiles de velocidad, que el modelo puede reflejar la influencia de los sólidos en la turbulencia a números de Reynolds tan altos como un millón. Se lleva a cabo el TopOpt de una geometría similar a un rotor, que es de gran importancia en el diseño aerodinámico, utilizando el modelo SST modificado. En todos los casos considerados, la resistencia, la pérdida total de presión y la disipación de energía se reducen significativamente mediante TopOpt, lo que indica la capacidad del modelo propuesto para manejar el TopOpt de flujo turbulento.
Descripción
La optimización de topología de flujo (TopOpt) basada en el término fuente de Darcy se utiliza ampliamente en el campo de TopOpt. Tiene un alto grado de libertad, lo que la hace adecuada para el diseño aerodinámico conceptual. Este artículo aborda dos problemas de TopOpt para aplicar el método TopOpt a flujos turbulentos de alto número de Reynolds que se encuentran a menudo en el diseño aerodinámico. Primero, se propone una estrategia para establecer el término fuente de Darcy basada en la relación entre la magnitud del término fuente y algunas variables características del flujo (escala de longitud, velocidad del flujo libre y viscosidad del fluido). En segundo lugar, construimos dos modelos de turbulencia modificados, un modelo modificado de Launder-Sharma (LSKE) y un modelo modificado de transporte de tensión de cizallamiento (SST), que consideran la influencia del término fuente de Darcy en la turbulencia y el campo de distancia a la pared. Se estudia el TopOpt de un perfil de baja resistencia en flujo turbulento utilizando el modelo LSKE modificado. Se demuestra, al comparar perfiles de velocidad, que el modelo puede reflejar la influencia de los sólidos en la turbulencia a números de Reynolds tan altos como un millón. Se lleva a cabo el TopOpt de una geometría similar a un rotor, que es de gran importancia en el diseño aerodinámico, utilizando el modelo SST modificado. En todos los casos considerados, la resistencia, la pérdida total de presión y la disipación de energía se reducen significativamente mediante TopOpt, lo que indica la capacidad del modelo propuesto para manejar el TopOpt de flujo turbulento.