Predicción de transición de flujo aerodinámico basada en PSE utilizando integración CFD no estructurada automatizada
Autores: Hildebrand, Nathaniel; Choudhari, Meelan M.; Li, Fei; Paredes, Pedro; Venkatachari, Balaji S.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Predicción de transición de flujo aerodinámico basada en PSE utilizando integración CFD no estructurada automatizada
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Predicción
Transición
Flujos
Estabilidad
Análisis
Método
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 21
Citaciones: Sin citaciones
La precisa, robusta y eficiente predicción de la transición en flujos viscosos es un desafío significativo en la dinámica computacional de fluidos. Presentamos un enfoque iterativo acoplado de alta fidelidad que aprovecha el solucionador de flujos FUN3D y el código de estabilidad LASTRAC para predecir la transición en entornos de baja perturbación, iniciada por el crecimiento lineal de modos de inestabilidad de capa límite. Nuestro método integra la capacidad de FUN3D para calcular flujos medios laminar-transicionales-turbulentos mixtos a través de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds sensibles a la transición con la capacidad de LASTRAC para realizar análisis de estabilidad lineal, todo dentro de un marco automatizado que no requiere la participación de usuarios intermedios. A diferencia de los marcos convencionales que se basan en la teoría de estabilidad clásica o en metamodelos de orden reducido, nuestro enfoque emplea ecuaciones de estabilidad parabolizadas para proporcionar estimaciones más precisas y confiables del crecimiento de perturbaciones para múltiples mecanismos de inestabilidad, incluidos los modos de Tollmien-Schlichting, Kelvin-Helmholtz y de flujo cruzado. Al tener en cuenta los efectos de la no paralelismo del flujo medio, así como la curvatura de la superficie, este enfoque sienta las bases para correlaciones de factor de - mejoradas para la predicción del inicio de la transición en una amplia clase de flujos. Aplicamos este método a tres configuraciones de flujo distintas: (1) flujo sobre una placa plana de gradiente de presión cero, (2) el perfil aerodinámico NLF-0416 con transición natural e inducida por separación, y (3) un esferoide prolato 6:1, donde la transición es impulsada principalmente por la inestabilidad del flujo cruzado. Para casos bidimensionales, se utiliza una distribución de intermitencia formulada para modelar la zona de transición entre los flujos laminar y completamente turbulentos. Los resultados incluyen comparaciones con medidas experimentales, enfoques numéricos similares y modelos basados en ecuaciones de transporte, demostrando un buen acuerdo en coeficientes de presión en la superficie, ubicaciones de inicio de transición y coeficientes de fricción en la piel para las tres configuraciones. Además de aportar un par de nuevas ideas sobre la transición de capa límite en estos casos canónicos, este estudio presenta una herramienta poderosa para la modelización de la transición en aplicaciones de investigación y diseño en aerodinámica.
Descripción
La precisa, robusta y eficiente predicción de la transición en flujos viscosos es un desafío significativo en la dinámica computacional de fluidos. Presentamos un enfoque iterativo acoplado de alta fidelidad que aprovecha el solucionador de flujos FUN3D y el código de estabilidad LASTRAC para predecir la transición en entornos de baja perturbación, iniciada por el crecimiento lineal de modos de inestabilidad de capa límite. Nuestro método integra la capacidad de FUN3D para calcular flujos medios laminar-transicionales-turbulentos mixtos a través de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds sensibles a la transición con la capacidad de LASTRAC para realizar análisis de estabilidad lineal, todo dentro de un marco automatizado que no requiere la participación de usuarios intermedios. A diferencia de los marcos convencionales que se basan en la teoría de estabilidad clásica o en metamodelos de orden reducido, nuestro enfoque emplea ecuaciones de estabilidad parabolizadas para proporcionar estimaciones más precisas y confiables del crecimiento de perturbaciones para múltiples mecanismos de inestabilidad, incluidos los modos de Tollmien-Schlichting, Kelvin-Helmholtz y de flujo cruzado. Al tener en cuenta los efectos de la no paralelismo del flujo medio, así como la curvatura de la superficie, este enfoque sienta las bases para correlaciones de factor de - mejoradas para la predicción del inicio de la transición en una amplia clase de flujos. Aplicamos este método a tres configuraciones de flujo distintas: (1) flujo sobre una placa plana de gradiente de presión cero, (2) el perfil aerodinámico NLF-0416 con transición natural e inducida por separación, y (3) un esferoide prolato 6:1, donde la transición es impulsada principalmente por la inestabilidad del flujo cruzado. Para casos bidimensionales, se utiliza una distribución de intermitencia formulada para modelar la zona de transición entre los flujos laminar y completamente turbulentos. Los resultados incluyen comparaciones con medidas experimentales, enfoques numéricos similares y modelos basados en ecuaciones de transporte, demostrando un buen acuerdo en coeficientes de presión en la superficie, ubicaciones de inicio de transición y coeficientes de fricción en la piel para las tres configuraciones. Además de aportar un par de nuevas ideas sobre la transición de capa límite en estos casos canónicos, este estudio presenta una herramienta poderosa para la modelización de la transición en aplicaciones de investigación y diseño en aerodinámica.