Υπολογιστική προσομοίωση παλλόμενων κρουστικών κυμάτων (buffet) σε χρονικά μόνιμες συνθήκες ροής

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην αριθμητική μοντελοποίηση του φαινομένου της ταλάντωσης κύματος (transonic buffet) που εμφανίζεται, υπό προϋποθέσεις, στην πλευρά υποπίεσης μιας αεροτομής. Αν και αποτέλεσμα του buffet μπορεί να είναι η δόνηση της αεροτομής (buffeting), εντούτοις εδώ η αεροτομή θεωρείται ότι έχει αμετάβλητο σχήμα και θέση. Για την ανάλυση, χρησιμοποιείται ο επιλύτης των εξισώσεων Navier - Stokes του Εργαστηρίου Θερμικών Στροβιλομηχών του Ε.Μ.Π. με μη-δομημένα πλέγματα τριγωνικών στοιχείων και το μοντέλο τύρβης των Spalart – Allmaras, στο οποίο γίνεται παρέμβαση ώστε να ενεργοποιείται δεδομένη θέση μετάβασης της στρωτής σε τυρβώδη ροή (transition trip). Η μελέτη πραγματοποιείται για τη ροή γύρω από τη μεμονωμένη αεροτομή ΟΑΤ15Α, όπου το σχετικό φαινόμενο μελετήθηκε στην ONERA και υπάρχουν διαθέσιμα πειραματικά και υπολογιστικά στοιχεία για συγκρίσεις. Τη σχετική βιβλιογραφική επισκόπηση διαδέχεται η δημιουργία μη-δομημένου πλέγματος που χρησιμοποιήθηκε σε όλη τη σειρά των υπολογισμών, αφού αποδείχθηκε ότι είναι επαρκές και δίνει αριθμητικές λύσεις που δεν εξαρτώνται από αυτό. Πραγματοποιούνται και σχολιάζονται μια σειρά υπολογισμών ώστε να φανούν τα όρια χρήσης χρονικά μόνιμου και μη-μόνιμου κώδικα ροής, να φανεί η σημασία του να συγκεκριμενοποιείται η θέση της μετάβασης πάνω στην αεροτομή αλλά και ο ρόλος της γωνίας πρόσπτωσης στο μελετώμενο φαινόμενο. Όλοι οι υπολογισμοί γίνονται σε πολυεπεξεργαστικό σύστημα. Ακολουθούν συγκρίσεις με πειράματα ή υπολογισμούς άλλων και συμπεράσματα.

The present thesis focuses on the numerical simulation of the oscillation of a normal shock wave (transonic buffet) which appears, under certain circumstances, over the suction side of an airfoil. Although buffet also may lead to the vibration of the structure (buffeting), the airfoil here is considered as a rigid body. For the numerical analysis, the Navier – Stokes solver of the Laboratory of Thermal Turbomachines (LTT) of NTUA is used. This solver is based on unstructured grids of triangular elements and the Spalart – Allmaras turbulence model, properly modified to account for a transition trip at a user defined location. The flow around the isolated airfoil OAT15A, is studied. This flow problem has been studied by ONERA and for which experimental and computational data for comparisons and available. After the relevant literature survey, an unstructured grid is generated; this has been used in all the computations, since this proved to be adequate, leading to grid independent solutions. In the present study, we focus on difference, between using steady and unsteady flow simulations, we shed light into the importance of specifying the location of the transition point on the airfoil and the role of the angle of attack. All the computations have been carried out on a multiprocessor system. Comparisons with experiments and results of other researchers are presented.