Proje Grubu: TÜBİTAK MAG Proje Sayfa Sayısı: 1 Proje No: 114M590 Proje Bitiş Tarihi: 01.06.2017 Metin Dili: Türkçe

Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi

Öz:
Bu proje çerçevesinde Kartezyen hesaplama ağları için üç boyutlu bir Navier-Stokes çözücüsü geliştirilmiştir. Hesaplama ağının üretimi ile akış alanının çözümü aşamaları arasında gerekli olan kullanıcı müdahalesini ortadan kaldırmak üzere geliştirilecek yazılımın tam otomatik olarak gerçekleştirilmiştir. Akış alanındaki gövdenin geometrisi yapısal olmayan üçgen elemanlar kullanılarak üç boyutlu bir yüzey hesaplama ağı şeklinde verildiğinde, gövde uyumlu (body-fitted) üçgen prizma elemanlardan oluşan hesaplama ağı gövde geometrisinin şişirilmesiyle otomatik olarak oluşturulmaktadır. Daha sonra, gövde uyumlu hesaplama ağı, çözüm alanının sınırlarını tanımlayan bir kök hücrenin eşit hücrelere bölünmesi ile elde edilen Kartezyen hesaplama ağının içerisine yerleştirilmektedir. Her iki hesaplama ağının arasında kalan bölge dört yüzlü tetrahedral elemanlarla doldurulmaktadır. Navier-Stokes denklemlerinin sonlu hacim formülasyonu hücre merkezli yaklaşımla kullanılmaktadır. Hücre yüzlerindeki akılar akı fark ayrıştırması ve akı vektör ayrıştırması yöntemleriyle hesaplanmaktadır. Uzayda ikinci dereceden doğruluk elde edilebilmesi için basit değişkenlerin yeniden oluşturulmasında (reconstruction) yol tümleme (path integration) ve asgari kareler (least squares) yöntemleri kullanılmaktadır. Doğru ve sınırlı değerler elde edilebilmesi için yeniden oluşturma işlemi sırasında limitleyiciler kullanılmaktadır. Türbülans modeli olarak ise literatürde mevcut modellerden bir denklemli SpalartAllmaras türbülans modeli ile iki denklemli k-e ve k-w türbülans modellerinden yararlanılmaktadır. Yakınsamanın hızlandırılabilmesi için yerel zaman adımlarıyla birlikte çok kademeli (multistage) zaman adımlaması kullanılmaktadır. Çözüme bağlı hesaplama ağı adaptasyonu çözüm ile ağ arasındaki uyumun oluşmasını sağlayarak, akıştaki kritik bölgelerin daha iyi çözümlenmesine olanak sağlamaktadır. Çözüm adaptasyonu kayma tabakalarında hız dönümü, normal ve oblik şoklarda ise hız gradyanı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Geliştirilen yazılım NACA 0012 ve ONERA M6 kanadı etrafındaki üç boyutlu akış için test edilmiş ve elde edilen sayısal sonuçlar literatürde mevcut deneysel sonuçları ile karşılaştırılarak doğrulanmıştır.
Anahtar Kelime: k-w Türbülans Modeli k-e Türbülans Modeli Türbülans Modeli Spalart-Allmaras Çoklu Ağ Yöntemi Çözüm Adaptasyonu Geometrik Adaptasyon Navier-Stokes Akış Çözücüsü Kartezyen Hesaplama Ağı

Konular: Mühendislik, Makine

Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi

Öz:
In this project, three-dimensional Navier-Stokes solver is developed for compressible flows using Cartesian grids. When the definition of body geometry is given in terms of a treedimensional surface mesh consisting triangular elements, geometrically-adaptive, body-fitted grids in the form of triangular prisms is generated automatically by swelling out the body geometry. Later on, this mesh is placed inside a Cartesian grid, which is obtained by dividing a root cell forming outer boundaries of the solution domain recursively. The region between the Cartesian cells and body-fitted hexahedral grids is filled with four faced tetrahedral elements. The finite volume formulation of the three-dimensional Navier-Stokes equations is used with cell-centered approach. Flux difference and flux vector splitting methods are employed for formulation of the flux at cell faces. Primitive variables are reconstructed using path integral and least squares methods to achieve second order accuracy in space. In order to ensure accurate and bounded values, limiters are employed in the reconstruction process. For turbulence modeling, one equation Spalart-Allmaras, two equation k and k turbulence models are considered. Multistage time stepping are used with local time stepping to increase the convergence rate. Since Cartesian meshes are highly adaptive, there are significant differences between the length scales of the cells. Hence, the convergence rate is improved by using local time stepping. Multigrid convergence acceleration technique, specifically nested iteration, is used in order to increase the convergence rate to the steady-state even more. Solution adaptation is used for resolving more critical regions in the solution domain. Curl of velocity is used for resolving shear layers and divergence of velocity is used for resolving oblique and normal shock waves. The developed code is tested for the three-dimensional flow about NACA 0012 and ONERA M6 airfiols and the numerical results are verified by using experimental data available in the literature.
Anahtar Kelime:

Konular: Mühendislik, Makine
Erişim Türü: Erişime Açık
APA AKSEL M, AZARİFAR M, SAATLOO M, ELAHI R, ÖNDER S, DARVISHI S, ÖZKAN M (2017). Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi. , 1 - 1. 114M590
Chicago AKSEL Mehmet Halûk,AZARİFAR Mohammad,SAATLOO Mahtab Mansoor,ELAHI Rasool,ÖNDER Selin,DARVISHI Saeid,ÖZKAN Merve Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi. (2017): 1 - 1. 114M590
MLA AKSEL Mehmet Halûk,AZARİFAR Mohammad,SAATLOO Mahtab Mansoor,ELAHI Rasool,ÖNDER Selin,DARVISHI Saeid,ÖZKAN Merve Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi. , 2017, ss.1 - 1. 114M590
AMA AKSEL M,AZARİFAR M,SAATLOO M,ELAHI R,ÖNDER S,DARVISHI S,ÖZKAN M Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 1. 114M590
Vancouver AKSEL M,AZARİFAR M,SAATLOO M,ELAHI R,ÖNDER S,DARVISHI S,ÖZKAN M Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi. . 2017; 1 - 1. 114M590
IEEE AKSEL M,AZARİFAR M,SAATLOO M,ELAHI R,ÖNDER S,DARVISHI S,ÖZKAN M "Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi." , ss.1 - 1, 2017. 114M590
ISNAD AKSEL, Mehmet Halûk vd. "Kartezyen Hesaplama Ağları Kullanılarak Üç Boyutlu Sıkıştırılabilir Akışlar için Navier-Stokes Çözücüsü Geliştirilmesi". (2017), 1-1. https://doi.org/114M590