En este post sobre Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) trataremos un ejemplo de aerodinámica externa donde es fundamental captar bien los efectos de transición de régimen. Este caso requiere un modelado especial de la turbulencia ya que en la mayoría de simulaciones CFD es posible trabajar considerando que el flujo es en todo momento únicamente laminar o turbulento.
Una vez más el modelo constará de un dominio prácticamente bidimensional con las condiciones de simetría habituales. Emplearemos Hypermesh e Hyperworks CFD para preparar el modelo y realizaremos el cálculo con Acusolve. La geometría del dominio y su mallado se pueden ver a continuación en la imagen.
Preparación del modelo CFD
Las condiciones de contorno del modelo son las mostradas en la imagen, similares a las del anterior caso de estudio de un perfil aerodinámico pero adaptadas a las diferentes condiciones de funcionamiento que queremos simular.
En la pestaña de físicas se selecciona análisis de flujo “Mildly Compressible” y modelo de turbulencia SST. Vamos a probar tres simulaciones, una con el modelo sin efectos de transición, otra con el modelo de transición Gamma y otra con el Gamma-Re-Theta.
Estos modelos introducen una variable adicional llamada intermitencia que muestra un promedio de la fracción temporal en que el flujo tiene comportamiento turbulento. En las zonas con intermitencia nula el flujo es totalmente laminar y donde la intermitencia sea 1 el flujo es turbulento.
En el tutorial disponible en la sección de Descargas se puede encontrar una explicación con más detalle de esta variable, junto con los pasos detallados para simular el caso.
Simulación CFD y Resultados
En las siguientes imágenes se muestran los resultados de presión en los tres casos simulados. Arriba el modelo SST totalmente turbulento sin efectos de transición, en el centro con modelo de transición Gamma y debajo con Gamma-Re-Theta.
Dibujando los perfiles de velocidad y número de Mach se comprueba que el flujo está lejos de ser supersónico. Por ello la hipótesis de flujo subsónico compresible es válida.
Estos resultados muestran ligeras variaciones entre los modelos de transición, pero significativos en relación al caso completamente turbulento, especialmente en la parte alta del perfil. Dibujando la intermitencia en el caso de modelo Gamma, se comprueba que en toda la estela los efectos de transición son fundamentales.
Análisis de Resultados. Coeficientes habituales en aerodinámica.
Comparando los coeficientes de presión obtenidos en los tres casos simulados se tiene que los modelos de transición dan resultados muy similares. El modelo SST turbulento se distancia de los otros especialmente en la zona de desprendimiento.
De este estudio se concluye que los modelos de transición son una herramienta importante a tener en cuenta en aquellas simulaciones donde haya escalas de turbulencia muy diferentes, como puede ser en este caso el flujo libre y la estela del perfil.
