Ein blockstrukturiertes Verfahren zur Simulation der Umströmung komplexer Konfigurationen

Kurzfassung

Es wird ein blockstrukturiertes Verfahren zur Berechnung der reibungsbehafteten Umströmung komplexer Konfigurationen beschrieben. Das Verfahren nutzt überlappende Rechengitter zur Diskretisierung des Strömungsfeldes. Das Gittersystem besteht aus unabhängig voneinander erstellten Netzen für die Komponenten einer Konfiguration, die in ein automatisiert generiertes, kartesisches Hintergrundgitter eingebettet sind. Das Hintergrundgitter ist ein an die Netzfeinheit der Komponentengitter adaptiertes Mehrblocknetz mit hängenden Netzknoten, dessen Netzzellen sowohl würfelförmig als auch quaderförmig sein können. Durch die Verwendung überlappender Gitter wird der Netzgenerierungsprozess deutlich vereinfacht. Die Strömungssimulationen werden mit einem Navier-Stokes Verfahren durchgeführt. Bei diesem wurden die Chimären-Algorithmen durch Methoden zur Dateninterpolation und Kraftberechnung bei Gittern mit Netzüberlappungen auf Körperoberflächen erweitert. Außerdem wurde eine Randbedingung für Blockübergänge mit hängenden Netzknoten implementiert. Die Hintergrundgitter werden mit einem kartesischen Netzgenerator erstellt. Netzkonvergenzstudien für reibungslose und reibungsbehaftete Profilumströmungen belegen die Konsistenz und die Genauigkeit des Verfahrens. Die Validierung erfolgt mit Strömungssimulationen für ein Dreielement-Profil, einen Hubschrauberrumpf und eine Flugzeug-Hochauftriebskonfiguration. Es zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung der numerisch auf konventionellen bzw. überlappenden Gittern erzielten Ergebnisse und eine gute Übereinstimmung mit Windkanalmessungen. Die Vergleichsrechnungen ergeben bei Chimären-Rechnungen einen etwas höheren Rechenzeitbedarf als bei konventionellen Gittern.