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Enhancing numerical accuracy in the prediction of rotor wake vortex structures

Bodling, Andrew und Schwarz, Clemens und Wolf, Christian und Gardner, Anthony (2024) Enhancing numerical accuracy in the prediction of rotor wake vortex structures. Physics of Fluids, 36 (3), Seiten 1-16. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0196010. ISSN 1070-6631.

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Offizielle URL: https://pubs.aip.org/aip/pof/article/36/3/037137/3271341/Enhancing-numerical-accuracy-in-the-prediction-of

Kurzfassung

In modern high-fidelity computational fluid dynamic simulations, the primary vortex system in hover often breaks down into secondary vortices. The sources of numerical error influencing the prediction of the vortex system were studied by performing high-fidelity simulations of the wake of a two-bladed rotor and comparing the predictions to stereoscopic particle image velocimetry measurements in different measurement planes. Various numerical inputs, including sub-iteration convergence, blade pitch offset, and grid resolution, were varied to resolve discrepancies between the measured and predicted vortex characteristics from a previous study done by the authors. A parametric study on near- and off-body solver sub-iteration convergence demonstrated that although the secondary vortex characteristics converged as the sub-iteration convergence of both solvers increased, a large discrepancy in the number of secondary vortices remained. This discrepancy was investigated by varying the thrust, where it was found that the breakdown of the primary vortex is directly linked to the number of secondary vortices. Dissimilarities in the blade pitch angle, which could not be avoided in the experiment, were modeled by intentionally using an offset in the blade pitch angle of the two blades. It was shown that as blade pitch angle offset increases, vortex pairing becomes more distinct. When vortex pairing occurred in both the experiment and simulation, the decay of secondary vortices in the experiment and simulation agreed best. To better match the experimental resolution, grid resolution was increased and comparing the two simulations, the finer mesh simulation agreed best with the measured primary and secondary vortex characteristics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203365/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Enhancing numerical accuracy in the prediction of rotor wake vortex structures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bodling, AndrewScience and Technology CorporationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwarz, ClemensClemens.Schwarz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wolf, ChristianChristian.Wolf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9052-7548NICHT SPEZIFIZIERT
Gardner, Anthonyanthony.gardner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1176-3447158924730
Datum:13 März 2024
Erschienen in:Physics of Fluids
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:36
DOI:10.1063/5.0196010
Seitenbereich:Seiten 1-16
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIP PublishingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:1070-6631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:High performance computing, Rotorcraft, Numerical methods, Computational fluid dynamics, Turbulence theory and modelling, Aerodynamics, Flow visualization, Navier Stokes equations, Turbulence simulations, Vortex dynamics
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtueller Hubschrauber und Validierung
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hubschrauber, GO
Hinterlegt von: Koch, Bianca
Hinterlegt am:07 Mai 2024 13:40
Letzte Änderung:10 Mai 2024 09:43

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