„Sharp Immersed Boundary“ Implementierung zur Ermöglichung von Strömungsakustiksimulationen um komplexe Geometrien

Abstract

Das Berechnen von Strömungsakustik um komplexe Geometrien scheitert oft an der Vernetzung. Blockstrukturierte Vernetzungen unter Berücksichtigung der Randbedingungen ist häufig schwierig und führt zu schlechter Gitterqualität. Unstrukturierte Verfahren benötigen teils aufwändige Aufbereitung der Geometrie um kleinste Elemente zu verhindern, welche den Zeitschritt limitieren würden. Die hier, in den strukturierten finiten Differenzen Computational AeroAcoustic (CAA) Code PIANO (basierend auf 4.Ordnung finite Dispersion Relation Preserving (DRP) Differenzen), implementierte Sharp Immersed Boundary (IBC) wird nur durch die Gitterfeinheit im Zeitschritt limitiert, nicht durch die Elementgrößen der Oberflächenbeschreibung. Das bedeutet, dass der Geometrieaufbereitungsaufwand sehr gering ist. In Kombination mit Hängenden Knoten ist die Gittergenerierung vollständig automatisierbar und dauert selbst für ganze Flugzeuge nur ein paar Minuten. Die Implementierung basiert auf Ghostpoints (GP), d.h. kartesische Netzpunkte, die unmittelbar an das Rechengebiet angrenzend, aber außerhalb verortet sind. Da mehr als ein GP an derselben Stelle existieren kann, oder auch im Fluid, sind auch sehr kantige oder dünne Geometrien handhabbar. Die Reduktion der Ordnung von 4.ter Ordnung DRP bis zu 2.Ordnung am Rand sorgt für hohe Stabilität. Eine Verfeinerung des Gitters um die Geometrie kann einen Genauigkeitsverlust verhindern. Die Implementierung wird vorgestellt und die Vorteile der Vernetzung an Hand einiger Beispiele dargestellt.