A comparative study of vortex identification methods on the Wall Mounted Hump simulations using SU2

Taleban, Ramin (2023). A comparative study of vortex identification methods on the Wall Mounted Hump simulations using SU2. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

In the last two decades, the researches on the impact of ice accumulation on the aerodynamics of flight has been prevalent. The complex geometry of an iced aircraft wing poses difficulties for engineers in predicting when an airplane may stall due to aerodynamic degradation. Ice accretion on an aircraft wing can alter the flow field, leading to the formation of more vortices. The formation of vortices due to flow separation can lead to an early onset of stall, a critical safety issue in aircraft operations. Thus, understanding flow structures like vortices is crucial.

One test case that received considerable attention and was high-referenced is the Wall Mounted Hump (WMH). This test case can be interpreted as the flow over an iced airfoil, where the flow separates from the wall upon crossing the hump, symbolizing the ice, and forms vortex structures. As secondary objectives of this research we will carry out steady and unsteady simulations on the WMH and quantify the number of vortices in critical sections following the hump for further analysis. The main objective is to use three vortex identification methodologies to identify potential vortex locations after the hump. A comprehensive comparison between the Q-criterion, ▯2 criterion, and Swirling Strength methods is undertaken to assess their effectiveness in characterizing the number of vortices in different sections downstream of the hump. Literature review is conducted on the WMH, the SU2 solver, and vortex identification techniques. The influence of grid resolution and spanwise length on aerodynamic coefficients through steady and unsteady simulations are examined.

This research enhances our understanding of the effects of grid resolution on aerodynamic coefficients and the suitability of different vortex identification techniques for analyzing complex flow scenarios in aeronautical applications. Understanding these complex flow phenomena can lead to improved design practices in aeronautical engineering, enhancing aerodynamic performance and fuel efficiency of aircrafts, and other aerospace vehicles. Furthermore, simulations can be improved to prevent hazards associated with the nature of vortex structures.

Titre traduit

Une étude comparative des méthodes d’identification des vortex sur les simulations Wall Mounted Hump à l’aide de SU2

Résumé traduit

Au cours des deux dernières décennies, l’impact de l’accumulation de glace sur l’aérodynamique du vol a été longuement étudié. Ces recherches visent à prédire quand un avion décroche en raison de ses caractéristiques aérodynamiques modifiées par la glace. L’accrétion de glace sur une aile d’avion peut modifier le champ d’écoulement, entraînant la formation de plus de tourbillons. La formation de tourbillons due à la séparation des écoulements peut entraîner une apparition précoce du décrochage, un problème de sécurité critique dans les opérations aériennes. Il est donc crucial de comprendre les structures d’écoulement comme les tourbillons.

L’un des cas d’essai qui a suscité beaucoup d’attention est la Wall Mounted Hump (WMH). On peut interpréter ce cas de test comme l’écoulement sur un profil aérodynamique glacé. L’écoulement se sépare de la paroi en franchissant la bosse, représentant la glace, et forme des structures tourbillonnaires. Les objectifs secondaires de cette recherche consistent à réaliser des simulations stationnaires et instationnaires sur la Wall Mounted Hump (WMH). Ces simulations seront utilisées pour l’objectif principal, qui est de quantifier le nombre de tourbillons dans les sections critiques après la bosse pour une analyse plus approfondie. Plus précisément, trois méthodologies d’identification de vortex sont utilisées pour localiser les tourbillonnaires après la bosse. Une comparaison complète du critère Q, du critère ▯2 et des méthodes de force tourbillonnante est entreprise pour évaluer leur efficacité à caractériser le nombre de tourbillons dans différentes sections en aval de la bosse. Une revue approfondie de la littérature est menée sur le WMH, le solveur SU2 et les techniques d’identification des vortex. L’effet de la résolution de la grille et de la longueur de l’envergure sur les coefficients aérodynamiques à travers des simulations stationnaire et instationnaires est étudié.

Cette recherche améliore notre compréhension des effets de la résolution de la grille sur les coefficients aérodynamiques et l’aptitude des différentes techniques d’identification des tourbillons pour l’analyse de scénarios d’écoulement complexes dans les applications aéronautiques. Comprendre ces phénomènes d’écoulement complexes peut conduire à des pratiques de conception améliorées dans l’ingénierie aéronautique, améliorant les performances aérodynamiques et l’efficacité énergétique des aéronefs et autres véhicules aérospatiaux. De plus, les simulations peuvent être améliorées pour prévenir certains dangers liés à la nature des structures tourbillonnaires.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 109-120).
Mots-clés libres:	CFD, Wall Mounted Hump, givrage, SU2, ppalart allmaras, reynolds averaged navier stokes, delayed detached eddy simulations, étude de grille, tourbillons
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Morency, François
Codirecteur:	Codirecteur Sanjosé, Marlène
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	25 oct. 2023 15:26
Dernière modification:	25 oct. 2023 15:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3303

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