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A high-order discontinuous Galerkin method for all-speed flows

Renda, Salvatore und Hartmann, Ralf und De Bartolo, Carmine und Wallraff, Marcel (2015) A high-order discontinuous Galerkin method for all-speed flows. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 77 (4), Seiten 224-247. Wiley. doi: 10.1002/fld.3987. ISSN 0271-2091.

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Offizielle URL: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/fld.3987/abstract

Kurzfassung

In this article, we present a discontinuous Galerkin (DG) method designed to improve the accuracy and efficiency of steady solutions of the compressible fully coupled Reynolds-averaged Navier–Stokes and k − ω turbulence model equations for solving all-speed flows. The system of equations is iterated to steady state by means of an implicit scheme. The DG solution is extended to the incompressible limit by implementing a low Mach number preconditioning technique. A full preconditioning approach is adopted, which modifies both the unsteady terms of the governing equations and the dissipative term of the numerical flux function by means of a new preconditioner, on the basis of a modified version of Turkel's preconditioning matrix. At sonic speed the preconditioner reduces to the identity matrix thus recovering the non-preconditioned DG discretization. An artificial viscosity term is added to the DG discretized equations to stabilize the solution in the presence of shocks when piecewise approximations of order of accuracy higher than 1 are used. Moreover, several rescaling techniques are implemented in order to overcome ill-conditioning problems that, in addition to the low Mach number stiffness, can limit the performance of the flow solver. These approaches, through a proper manipulation of the governing equations, reduce unbalances between residuals as a result of the dependence on the size of elements in the computational mesh and because of the inherent differences between turbulent and mean-flow variables, influencing both the evolution of the Courant Friedrichs Lewy (CFL) number and the inexact solution of the linear systems. The performance of the method is demonstrated by solving three turbulent aerodynamic test cases: the flat plate, the L1T2 high-lift configuration and the RAE2822 airfoil (Case 9). The computations are performed at different Mach numbers using various degrees of polynomial approximations to analyze the influence of the proposed numerical strategies on the accuracy, efficiency and robustness of a high-order DG solver at different flow regimes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/99970/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A high-order discontinuous Galerkin method for all-speed flows
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Renda, Salvatoresalvatore.re (at) libero.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hartmann, RalfRalf.Hartmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0403-1221NICHT SPEZIFIZIERT
De Bartolo, CarmineUniversity of CalabriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wallraff, MarcelMarcel.Wallraff (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Februar 2015
Erschienen in:International Journal for Numerical Methods in Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:77
DOI:10.1002/fld.3987
Seitenbereich:Seiten 224-247
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Farhat, CharbelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wall, Wolfgang A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Wiley
ISSN:0271-2091
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Discontinuous Galerkin methods, Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations, low Mach number preconditioning, rescaling techniques, all-speed flows.
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Flugzeuge
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Aircraft Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation und Validierung (alt)
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > C²A²S²E - Center for Computer Applications in AeroSpace Science and Engineering
Hinterlegt von: Hartmann, Dr.rer.nat. Ralf
Hinterlegt am:26 Nov 2015 08:33
Letzte Änderung:28 Mär 2023 23:44

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