Υπολογιστική διερεύνηση συμπεριφοράς υπεραντωτικής διάταξης με ενεργητικό έλεγχο ροής

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται η υπολογιστική μελέτη της αεροδυναμικής συμπεριφοράς υπεραντωτικής διάταξης εφαρμόζοντας ενεργητικό έλεγχο της ροής και, συγκεκριμένα, την τεχνική της δέσμης συνεχούς αναρρόφησης, στο κυρίως μέρος της. Με τη χρήση γενέτη πλέγματος, ο οποίος έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο, κατασκευάζονται δομημένα πλέγματα σε περιοχές γύρω από κάθε στοιχείο της υπεραντωτικής διάταξης και μη-δομημένο πλέγμα στο υπόλοιπο υπολογιστικό χωρίο. Από το ταίριασμα των επιμέρους αυτών πλεγμάτων προκύπτει ένα υβριδικό πλέγμα, το οποίο χρησιμοποιείται για την αριθμητική επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes. Η επίλυση πραγματοποιείται κάνοντας χρήση λογισμικού του Εργαστηρίου, το οποίο επιλύει τις εξισώσεις που διέπουν το πεδίο ροής σε κάρτες γραφικών. Η χρήση καρτών γραφικών καθιστά δυνατή την επίλυση προβλημάτων με σχετικά μεγάλο υπολογιστικό κόστος, όπως το παρόν, καθώς επιταχύνει την επίλυση των εξισώσεων ροής πάνω από 40 φορές σε σχέση με την επίλυσή τους σε CPUs. Με μεταβλητές σχεδιασμού τη θέση της οπής της δέσμης και τη γωνία της δέσμης, προκύπτουν από την επίλυση των εξισώσεων ροής οι τιμές των μεταβλητών αυτών, με τις οποίες, η υπεραντωτική διάταξη παρουσιάζει καλύτερη αεροδυναμική συμπεριφορά. Παρατηρείται ότι η παρουσία της δέσμης αναρρόφησης εκτός από την αναμενόμενη αύξηση στον συντελεστή άνωσης, προκαλεί και μη αναμενόμενη αύξηση στο συντελεστή οπισθέλκουσας.

In this diploma thesis, a parametric study of the performance of a high-lift device with active flow control, is performed. The type of active flow control which is being applied on the main body of the high-lift device is the steady suction technique. Structured grids around each element of the high-lift device along with an unstructured grid on the rest computational domain, are generated by using a grid generator, developed in the Lab. The matching of those individual grids results in a single hybrid grid, which is used for solving of the Navier-Stokes equations on NVIDIA GPUs, using a software developed in the Lab. The use of GPUs makes possible the solution of problems with a relatively high computational cost, as it accelerates the solution of the Navier-Stokes equations by more than 40 times compared the corresponding method running on CPUs. The variables used in this case are the slot position of the jet and the jet angle; the value sets result in better performance of the high-lift device are acquired by solving the governing equations. It is also mentioned that the suction jet results not only to an expected increase in the lift coefficient but also to an unexpected increase in the drag coefficient.