Local Immersed Boundary Method on body-conformal grids for the capture of geometrical features in aerodynamic simulations
Méthode de frontières immergées locale sur maillages conformes pour la capture de détails géométriques dans des simulations aérodynamiques
Résumé
This paper presents a Local Immersed Boundary Method (LIBM) applied on curvilinear grids to simulate turbulent flows around obstacles with geometrical complex details. With this approach, the governing equations are solved with a finite volume solver using a wall-resolved technique over the body-conformal region of the mesh, whereas an Immersed Boundary Method (IBM) is applied to account for the complex geometrical details. The IBM method consists in forcing the solution through a wall function at some discretizations points close to the immersed details. When the background mesh is too coarse in the vicinity of the immersed obstacles, mesh adaptation is performed to properly capture the flow physics induced by the presence of the immersed obstacle.
The preprocessing is achieved with Cassiopee modules and the flow simulation is performed by solving the compressible Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with the flow solver CODA (CFD for ONERA-DLR-AIRBUS). This approach has been applied to simulate turbulent flows around a 2D multi-element airfoil. The results obtained show that the local IBM approach is an efficient method to deal with geometrical complex obstacles as it allows a significant reduction of the mesh generation effort without compromising the flow solution accuracy.
Cet article présente une méthode de frontières immergées locale (LIBM) appliquée sur des grilles curvilignes pour simuler des écoulements turbulents autour d'obstacles dont la géométrie est complexe. Avec cette approche, les équations de Navier-Stokes sont résolues à l'aide d'un solveur volumes finis utilisant une approche classique pour les régions où le maillage est conforme à l'obstacle, tandis qu'une méthode de frontières immergées (IBM) est appliquée ailleurs, pour prendre en compte des détails géométriques complexes. La méthode IBM consiste à forcer la solution à travers une loi de paroi en certains points de discrétisation proches des détails immergés.
Lorsque le maillage de fond est trop grossier à proximité des obstacles immergés, une adaptation du maillage est effectuée pour capturer correctement la physique de l'écoulement induite par la présence de l'obstacle immergé.
Le prétraitement est réalisé avec les modules de Cassiopee et la simulation CFD RANS est réalisée à l'aide du solveur d'écoulement CODA (CFD pour ONERA-DLR-AIRBUS). Cette approche a été appliquée pour simuler des écoulements turbulents autour d'un profil aérodynamique multi-éléments en 2D. Les résultats obtenus montrent que l'approche IBM locale est une méthode efficace pour traiter les obstacles géométriques complexes, car elle permet une réduction significative de l'effort de génération du maillage sans compromettre la précision de la solution.
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