Ανάλυση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς των γεννητριών στροβιλισμού με χρήση της μεθόδου των στοιχείων στροβιλότητας

Abstract

Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς γεννητριών στροβιλισμού, οι οποίες τοποθετούνται σε πτέρυγες για τον έλεγχο του οριακού στρώμα- τος. Για τον υπολογισμό της ροής χρησιμοποιήθηκε η μη μόνιμη μέθοδος των στοιχείων στροβιλότητας. Εξετάστηκαν οι περιπτώσεις γεννητριών στροβιλισμού μεμονωμένων με τη μέθοδο κατοπτρικής συμμετρίας, τοποθετημένων σε ζεύγη πάνω σε λεπτή ανωστική επιφά- νεια και τοποθετημένων σε πτέρυγες με προσομοίωση της ακτινικής συμμετρίας. Αναλύθηκε η αποτύπωση του ελεύθερου ομόρρου, τα πεδία στροβιλότητας και ταχύτητας κατάντι κα- θώς και η σύγκλιση των φορτίων στην περίπτωση πτέρυγας. Τα αποτελέσματα συγκρίθη- καν με πειραματικές μετρήσεις, αποτελέσματα CFD επίλυσης των μη συνεκτικών εξισώσεων Euler και των συνεκτικών εξισώσεων RANS. Μελετήθηκαν τα αριθμητικά όρια της μεθόδου όπως επίσης η αλληλεπίδραση των πλεγμάτων γεννητριών στροβιλισμού και επιφάνειας. Τα συμπεράσματα ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά στις περιπτώσεις μεμονωμένων γεννητριών στροβιλισμού με τη μέθοδο κατοπτρισμού και ζευγών τοποθετημένων σε λεπτές ανωστικές επιφάνειες. Στην περίπτωση γεννητριών στροβιλισμού τοποθετημένων σε πτέρυγες παρα- τηρήθηκε πως η μέθοδος δεν μπορεί να αποτυπώσει με ακρίβεια τα πεδία στροβιλότητας κατάντι. Κατασκευάστηκαν όμως μέθοδοι προσομοίωσης της ακτινικής συμμετρίας και βελ- τίωσης της ακρίβειας, οι οποίες μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για περαιτέρω επέκταση των υπολογιστικών εργαλείων. Με τις κατάλληλες προσθήκες μπορεί να γίνει σύζευξη της μεθόδου στοιχείων στροβιλότητας με πλεγματικές μεθόδους CFD, επιτυγχάνοντας καλύτερη αποτύπωση των συνεκτικών και μη μόνιμων μηχανισμών της ροής.

This Diploma thesis is a computational study of Vortex Generators using unsteady vortex particle methods. Different cases of Vortex Generators, placed on thin lifting surfaces and wing sections, have been studied. The resulting free wake, downstream vorticity and velocity fields as well as wing load convergence were examined, while the numerical limitations of the method and the grid interaction between surface and Vortex Generators were investigated. The results have been compared with experimental measurements, CFD Euler and CFD RANS results. The resulting vorticity field in the case of Vortex Generators placed on thin lifting surfaces or studied with mirror symmetry were similar to experimental measurements. In the case of Vortex Generators placed on a wing surface, the intensity and downstream interaction of the vortices were not accurate. Methods of modeling the radial symmetry and improving the numerical precision have also been developed. On this basis, vortex particle methods could be coupled with CFD, thus achieving a better prediction of the unsteady and viscous mechanisms.