Simulación numérica de flujos utilizando el método pseudoespectral de Fourier y el método de frontera inmersa
Autores: Albuquerque, Laura Augusta Vasconcelos de; Villela, Mariana Fernandes dos Santos; Mariano, Felipe Pamplona
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Simulación numérica de flujos utilizando el método pseudoespectral de Fourier y el método de frontera inmersa
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Método pseudoespectral de Fourier
Método de frontera inmersa
Perfiles aerodinámicos delgados
Metodología computacional
Comportamiento aerodinámico
Coeficientes de sustentación y arrastre
Licencia
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Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
El presente trabajo propone la aplicación de una metodología computacional basada en el acoplamiento del Método Pseudoespectral de Fourier (FPSM) y el Método de Frontera Inmersa (IBM) para realizar simulaciones de flujo sobre perfiles aerodinámicos delgados. Esta metodología, denominada IMERSPEC, aprovecha los beneficios de la alta precisión y bajo costo computacional inherentes a los métodos pseudoespectrales, gracias a la utilización del algoritmo de Transformada Rápida de Fourier. IBM se emplea para imponer condiciones de contorno no periódicas en las ecuaciones de Navier-Stokes, abordando el requisito de periodicidad en los límites para la convergencia de FPSM y para representar con precisión el perfil aerodinámico delgado inmerso en el flujo. El comportamiento aerodinámico de los perfiles analizados fue evaluado mediante el cálculo de coeficientes de sustentación y arrastre, los cuales fueron luego comparados con resultados de la literatura existente. Se observaron resultados consistentemente favorables, especialmente en flujos a números de Reynolds más bajos, demostrando la efectividad de la metodología IMERSPEC para simular computacionalmente flujos complejos. Además, las funciones de peso, fundamentales para IBM, se emplean de manera flexible para cálculos de fuerza aerodinámica. Específicamente, dentro de la misma simulación, se utiliza una función cúbica para el cálculo de arrastre mientras que se emplea una función de sombrero para el cálculo de sustentación, obteniendo resultados más cercanos a los hallazgos de la literatura. Este enfoque ofrece una alternativa a los métodos previamente propuestos para la implementación de IBM.
Descripción
El presente trabajo propone la aplicación de una metodología computacional basada en el acoplamiento del Método Pseudoespectral de Fourier (FPSM) y el Método de Frontera Inmersa (IBM) para realizar simulaciones de flujo sobre perfiles aerodinámicos delgados. Esta metodología, denominada IMERSPEC, aprovecha los beneficios de la alta precisión y bajo costo computacional inherentes a los métodos pseudoespectrales, gracias a la utilización del algoritmo de Transformada Rápida de Fourier. IBM se emplea para imponer condiciones de contorno no periódicas en las ecuaciones de Navier-Stokes, abordando el requisito de periodicidad en los límites para la convergencia de FPSM y para representar con precisión el perfil aerodinámico delgado inmerso en el flujo. El comportamiento aerodinámico de los perfiles analizados fue evaluado mediante el cálculo de coeficientes de sustentación y arrastre, los cuales fueron luego comparados con resultados de la literatura existente. Se observaron resultados consistentemente favorables, especialmente en flujos a números de Reynolds más bajos, demostrando la efectividad de la metodología IMERSPEC para simular computacionalmente flujos complejos. Además, las funciones de peso, fundamentales para IBM, se emplean de manera flexible para cálculos de fuerza aerodinámica. Específicamente, dentro de la misma simulación, se utiliza una función cúbica para el cálculo de arrastre mientras que se emplea una función de sombrero para el cálculo de sustentación, obteniendo resultados más cercanos a los hallazgos de la literatura. Este enfoque ofrece una alternativa a los métodos previamente propuestos para la implementación de IBM.