Comparative Analysis of “Embedded Large Eddy Simulation” and RANS Models for the Flow Around an Airfoil with Miniflap

En este trabajo se comparan los resultados numéricos del flujo alrededor de un perfil alar con flap Gurney, utilizando un modelo de turbulencia RANS, k-ω SST, y “Embedded Large-Eddy Simulation” (ELES), para distintos ángulos de ataque, en un dominio que permita el desarrollo 3D de la turbulencia. Se comparan los resultados obtenidos con ELES, con los del modelo k-ω SST pero utilizando la misma discretización espacial y temporal de ELES, y con el modelo k-ω SST con un mallado menos refinado que cumpla los parámetros normalmente recomendados para su utilización. El objetivo es determinar hasta qué punto el filtrado de las ecuaciones RANS afecta los valores medios de los coeficientes de sustentación y resistencia, tanto en condiciones de flujo adherido comodesprendido, y justificar, de ser posible, la utilización de estos modelos, no solo por economía de recursos computacionales, sino también por tener alta confiabilidad en los resultados al ser comparados con modelos de mayor resolución.This work presents the analysis and comparisons of results of CFD simulations of the flow around an airfoil with a Gurney miniflap at different angles of attack, when the computations are carried out with the RANS model k-ω SST and the Embedded Large Eddy Simulation (ELES) technique. The computational domain allows the three-dimensional development of the turbulence. Results are compared for ELES and k-ω SST, with the same grid -optimized for ELES-, and with k-ωSST in a coarser mesh, apt for this turbulence model. The goal is to determine how much the filtering imposed by RANS methods affect the mean values of lift and drag, in conditions of both attached and detached flow, and to validate, if possible, the use of RANS models for this kind of problems.Publicado en: Mecánica Computacional, vol. XXXVII, no. 28.Facultad de Ingenierí

Análisis numérico y optimización fluidodinámica de componentes de aplicación aeroespacial

Los conectores de las líneas umbilicales de combustible tienen como finalidad vincular la línea del lado tierra, donde se encuentran los depósitos de combustible, con la línea del lado del vehículo, donde se encuentran los depósitos de combustible del lanzador. El objetivo de este estudio es evaluar la pérdida de carga de los conectores que se van a emplear en las distintas líneas de alimentación del lanzador y, en caso de que no se satisfagan los límites impuestos por el requerimiento en ambas líneas, sugerir modificaciones de diseño pertinentes. También se realizó el análisis y parametrización de un conjunto válvula-tobera para un motor de Vernier de gas frío de ciclo presurizado, a fin de evaluar y proponer mejoras de diseño. Este tipo de motores forman parte del sistema de control y guiado de los vehículos espaciales y permiten orientar el mismo en el espacio mediante la aplicación de empuje vectorizado.Facultad de Ingenierí

Computational Fluid Dynamic Analysis of a Heater Chimney with and without a Flow Straightener

International standards for control of pollutants and particulate flow into the atmosphere require periodically monitoring of gases in discharge chimneys. For acceptable control, the streamlines must be straight, inclined by no more than a few degrees from vertical. A common problem is the occurrence of cyclonic flow, i.e. flow organization in one or more longitudinal vortices. The strong rotational velocity component makes the streamlines helical, invalidating conventional speed measurements with pitot tubes or other methods, which can be sensitive to sensor misalignment with the flow. This work presents a numerical analysis of the flow within and outside a chimney of low length/diameter ratio with a lateral inlet for combustion gases, the gases dispersion in the atmosphere, the problematic flow configuration detected and a flow straightener proposed to reduce the vorticity within the chimney, which reduces the streamlines deviation from 35-40° to less than 5°.Facultad de Ingenierí

Computational Fluid Dynamic Analysis of a Heater Chimney with and without a Flow Straightener

International standards for control of pollutants and particulate flow into the atmosphere require periodically monitoring of gases in discharge chimneys. For acceptable control, the streamlines must be straight, inclined by no more than a few degrees from vertical. A common problem is the occurrence of cyclonic flow, i.e. flow organization in one or more longitudinal vortices. The strong rotational velocity component makes the streamlines helical, invalidating conventional speed measurements with pitot tubes or other methods, which can be sensitive to sensor misalignment with the flow. This work presents a numerical analysis of the flow within and outside a chimney of low length/diameter ratio with a lateral inlet for combustion gases, the gases dispersion in the atmosphere, the problematic flow configuration detected and a flow straightener proposed to reduce the vorticity within the chimney, which reduces the streamlines deviation from 35-40° to less than 5°.Facultad de Ingenierí

Estudio aerodinámico del efecto de un flap Gurney en una pala de aerogenerador en posiciones fijas

El trabajo presenta los resultados de simulaciones numéricas mediante un programa de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) del flujo en torno a una pala de generador eólico de 1.5 kW en distintas posiciones estáticas: bandera, arranque y peor condición de carga, para configuraciones de pala con y sin un dispositivo hipersustentador conocido como flap Gurney, reproduciendo ensayos realizados en túnel de viento.Facultad de Ingenierí

Investigación numérica de la separación no estacionaria del flujo sobre un perfil a bajo número de Reynolds

En el desarrollo de pequeños vehículos voladores autónomos (MAV, o Micro-Air Vehicles), la aerodinámica de bajo número de Reynolds da origen a problemas y configuraciones que no son frecuentes en escalas mayores. En ciertos casos el gradiente adverso de presiones en el extrados de un perfil produce el desprendimiento de la capa límite y su readherencia posterior en un patrón no estacionario, que reduce la performance del perfil y puede desencadenar la entrada en pérdida. Estos efectos causan, además, que el coeficiente de sustentación, CL, presente una dependencia no lineal al variar el ángulo de ataque, incluso a pequeños valores de este, presentando una meseta o “plateau” en el que el CL se mantiene constante. En estudios experimentales sobre el perfil SD 7003 se encuentra que la capa límite laminar produce trenes de burbujas de separación y readherencia periódicos, gobernados por inestabilidades del tipo Kelvin- Helmholz. Estas burbujas de recirculación avanzan sobre el extrados hasta desprenderse finalmente como vórtices periódicos en la estela, produciendo cargas no estacionarias sobre el perfil que explican el comportamiento atípico de la curva CL-alfa. El objetivo de este trabajo es comparar los resultados obtenidos mediante simulaciones 2D para un perfil SD 8020, de los modelos RANS de turbulencia (SST, SST+gamma transport eq., transition-SST y GECKO) que, a priori, tienen la capacidad de capturar la burbuja de separación laminar y/o la transición laminarturbulenta sobre el extradós del perfil, con el modelo SRS-SAS que permite resolver las escalas más pequeñas del flujo no estacionario. Estos resultados se comparan, además, con visualizaciones realizadas en el túnel de viento. con un perfil construido especialmente para intentar visualizar las estructuras del flujo muy cercano a la pared del perfil. Finalmente, se compararán las cargas aerodinámicas obtenidas en estas simulaciones con los resultados experimentales obtenidos por Selig et al.Facultad de Ingenierí

Estudio aerodinámico del efecto de un flap Gurney en una pala de aerogenerador en posiciones fijas

El trabajo presenta los resultados de simulaciones numéricas mediante un programa de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) del flujo en torno a una pala de generador eólico de 1.5 kW en distintas posiciones estáticas: bandera, arranque y peor condición de carga, para configuraciones de pala con y sin un dispositivo hipersustentador conocido como flap Gurney, reproduciendo ensayos realizados en túnel de viento.Facultad de Ingenierí

Estudio aerodinámico del efecto de un flap Gurney en una pala de aerogenerador en posiciones fijas

El trabajo presenta los resultados de simulaciones numéricas mediante un programa de Mecánica de Fluidos Computacional (CFD) del flujo en torno a una pala de generador eólico de 1.5 kW en distintas posiciones estáticas: bandera, arranque y peor condición de carga, para configuraciones de pala con y sin un dispositivo hipersustentador conocido como flap Gurney, reproduciendo ensayos realizados en túnel de viento.Facultad de Ingenierí

Drag coefficients and Strouhal numbers of a port crane boom girder section

This work reports the drag coefficients (Cd) for three wind directions measured in low turbulence flow and in turbulent flow with characteristics of the atmospheric boundary layer wind, and the Strouhal numbers (St) of an approximately trapezoidal flanged section, used in the boom girder of a 100m high port crane. These experimental results were obtained at the Boundary Layer Wind Tunnel of the Dept. Aeronautica at the Universidad Nacional de La Plata, in the range of Reynolds numbers between 30,000 and 180,000. The drag coefficients in the three studied directions showed a reduction for turbulent flow. Further measurements were carried out for the model with an inclination of 801 relative to the flow direction, the position of the crane boom when out of service, giving practically the same drag coefficients.Facultad de Ingenierí

Resultados de validación para el rendimiento de un inductor helicoidal de placa plana

Un inductor es una bomba axial que se coloca antes del rotor principal de una bomba centrífuga, con el objetivo de aumentar la presión de entrada al rotor y evitar la aparición de cavitación en el mismo. El presente trabajo surge de la necesidad de validar un modelo en ANSYS-CFX para el flujo incompresible, sin cavitación, en el inductor de una turbo-bomba. El caso elegido para este estudio es un inductor helicoidal de placa plana de 9.4°, extensivamente estudiado en el NASA Glenn Research Center en la década de 1960, tanto en agua fría, como en hidrógeno líquido con una temperatura de entrada de 37 °R. Los resultados del desempeño sin cavitación del inductor, para un rango del coeficiente de flujo de 0.08 a 0.12, se comparan con resultados experimentales. Las simulaciones para los distintos valores del coeficiente de flujo se realizaron en modo estacionario, con un mallado estructurado, utilizando un modelo MRF (Multiple Reference Frames), donde el inductor es el dominio rotante y los tubos de entrada y salida son dominios estáticos. Como condiciones de borde, se impusieron presión total a la entrada y caudal másico a la salida. El solver es implícito, acoplado, basado en presiones, con un esquema “high resolution” para el término advectivo. Si bien los resultados numéricos no muestran aún buena concordancia cuantitativa con los resultados experimentales, se puede ver que existe una concordancia cualitativa. Será objetivo de los siguientes trabajos subsanar esta situación y lograr la completa paridad con los resultados experimentales.Publicado en: Mecánica Computacional vol. XXXV no.46Facultad de Ingenierí