Una revisión de métodos computacionales y modelos de orden reducido para la predicción de flutter en turbomáquinas
Autores: Casoni, Marco; Benini, Ernesto
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Una revisión de métodos computacionales y modelos de orden reducido para la predicción de flutter en turbomáquinas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Fenómenos aeroelásticos
Turbomaquinaria
Aleteo
Dinámica de fluidos computacional
Interacciones fluido-estructura
Reducción de orden del modelo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Los fenómenos aeroelásticos en turbomáquinas son uno de los problemas más desafiantes de modelar utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) debido a su naturaleza no lineal inherente, las dificultades en la simulación de interacciones fluido-estructura y los considerables requisitos computacionales. No obstante, el modelado preciso de las vibraciones inducidas por el flujo auto-sostenido, conocidas como flutter, ha demostrado ser crucial para evaluar los límites de estabilidad y extender la vida operativa de las turbomáquinas. La evitación y el control del flutter están cobrando mayor relevancia en compresores y ventiladores debido a una tendencia bien establecida hacia diseños más ligeros y delgados que mejoran la eficiencia aerodinámica. En este artículo, se presenta primero una visión general de las técnicas computacionales adoptadas a lo largo de los años. Luego se revisan los métodos principales para el modelado del flutter; se realiza una clasificación para distinguir entre métodos clásicos, donde el flujo de fluido no interactúa con la estructura, y métodos acoplados, donde se modela esta interacción. A continuación, se describen los algoritmos de acoplamiento más utilizados junto con sus beneficios y desventajas. Finalmente, se presenta una visión sobre las técnicas de reducción de orden del modelo aplicadas a cálculos estructurales y aerodinámicos en simulaciones de flutter de turbomáquinas, con el objetivo de reducir el costo computacional y permitir el tratamiento de fenómenos complejos en un tiempo razonable.
Descripción
Los fenómenos aeroelásticos en turbomáquinas son uno de los problemas más desafiantes de modelar utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD) debido a su naturaleza no lineal inherente, las dificultades en la simulación de interacciones fluido-estructura y los considerables requisitos computacionales. No obstante, el modelado preciso de las vibraciones inducidas por el flujo auto-sostenido, conocidas como flutter, ha demostrado ser crucial para evaluar los límites de estabilidad y extender la vida operativa de las turbomáquinas. La evitación y el control del flutter están cobrando mayor relevancia en compresores y ventiladores debido a una tendencia bien establecida hacia diseños más ligeros y delgados que mejoran la eficiencia aerodinámica. En este artículo, se presenta primero una visión general de las técnicas computacionales adoptadas a lo largo de los años. Luego se revisan los métodos principales para el modelado del flutter; se realiza una clasificación para distinguir entre métodos clásicos, donde el flujo de fluido no interactúa con la estructura, y métodos acoplados, donde se modela esta interacción. A continuación, se describen los algoritmos de acoplamiento más utilizados junto con sus beneficios y desventajas. Finalmente, se presenta una visión sobre las técnicas de reducción de orden del modelo aplicadas a cálculos estructurales y aerodinámicos en simulaciones de flutter de turbomáquinas, con el objetivo de reducir el costo computacional y permitir el tratamiento de fenómenos complejos en un tiempo razonable.