DOI QR코드

DOI QR Code

Convergence Study of the Multigrid Navier-Stokes Simulation : II. Implicit Preconditioners

다중 격자 Navier-Stokes 해석을 위한 수렴 특성 연구 : II. 내재적 예조건자

  • 김윤식 (한국과학기술정보연구원 슈퍼컴퓨팅센터) ;
  • 권장혁 (한국과학기술원 항공우주공학)
  • Published : 2004.08.01

Abstract

The objective of this study is convergence acceleration of multigrid Navier-Stokes solvers. This study has been performed to enhance the performance of preconditioned multi-stage time stepping method which is a popular smoother for the multigrid Navier-Stokes solvers. Comparative study on the convergence characteristics of the ADI and DDADI preconditioners has been conducted. It is shown that the DDADI preconditioner has better performance than the ADI by numerical tests on the 2-D compressible turbulent flows past airfoils. The Spalart-Allmaras turbulent model and the Baldwin-Lomax turbulent model have been compared with the multigrid calculations.

본 연구는 다중 격자 Navier-Stokes 방정식 해석의 수렴성 향상을 그 목적으로 한다. 다중 격자 기법의 성능 향상을 위해 최근 많이 사용되고 있는 예조건화된 다단계 시간 전진 기법의 효율성 향상을 위한 연구를 수행하였다. 압축성 유동장 해석시 자주 이용되는 ADI 예조건자와 DDADI 예조건자의 수렴 특성 비교 연구를 수행하였다. 2차원 압축성 난류 유동장 해석에 적용함으로써 DDADI 예조건자가 ADI 예조건자에 비해 우수한 수렴특성을 가짐을 확인하였고, 이를 통하여 Fourier 해석을 통한 예조건화 특성 연구와 일치하는 수렴 특성을 확인하였다. Spalart-Allmaras(S-A) 난류 모델과 Baldwin-Lomax (B-L) 난류 모델의 적용을 통해 난류 모델에 따른 수렴성 비교를 수행하였다.

Keywords

References

  1. Trotenberg, U., Oosterlee, C. W., Schuller, A., "Multigrid", Academic Press, 2001.
  2. Allmaras, S. R., "Multigrid for the 2-D Compressible Navier-Stokes Equations", AIAA-99-3336.
  3. Mavriplis, D. J. "Multigrid Strategies for Viscous Flow Solvers on Anisotropic Unstructured Meshes", J. Comput. Phys., Vol. 145. 1998, pp.141-165. https://doi.org/10.1006/jcph.1998.6036
  4. Stuben, K. and Trotenberg, U., "Multigrid Methods : Fundamental Algorithmes, Model Problem Analysis and Applications", Lecture Notes in Math. 960.-Multigrid Methods, 1981, pp.1-176.
  5. Park, T. S. and Kwon, J. H., "An Improved Multistage Time Stepping for Second-order Upwind TVD Schemes", Computers & Fluids, Vol. 25, No. 7, 1996, pp.629-646. https://doi.org/10.1016/0045-7930(96)00014-X
  6. Martinelli, L., "Calculations of viscous flows with a multigrid method", Ph. D. Thesis, Princeton Univ., 1987.
  7. Tai, C. H., "Acceleration Techniques for Explicit Euler Codes", Ph. D. Thesis, Aerospace Eng., University of Michigan (1990).
  8. 김윤식, 권장혁, 최윤호, "다중 격자 기법을 위한 예조건화된 다단계 시간 전진 기법", 한국항공우주학회지 제29권 제8호, 2001, pp.7-17.
  9. 김윤식, 권장혁, "다중 격자 Navier-Stokes 해석을 위한 내재적 예조건화 기법의 수렴특성 해석", 한국항공우주학회지 제29권 제7호, 2001, pp.9-20.
  10. E. Turkel, "Preconditioned Methods for Solving the Incompressible and Low Speed Compressible Equations", J. Comput. Phys. 1987, Vol. 72, pp.277-298. https://doi.org/10.1016/0021-9991(87)90084-2
  11. Allmaras, S. R., "Analysis of a Local Matrix Preconditioner for the 2-D Navier-Stokes Equations", AIAA-93-3350.
  12. Allmaras, S. R., "Analysis of Semi-Implicit Preconditioners for Multigrid Solutions of the 2-D Compressible Navier-Stokes Equations", AIAA-95-1651 .
  13. Beam, R. M and Warming, R.F., "An Implicit Finite-Difference Algorithm for Hyperbolic Systems in Conservation-Law Form", J. Comput. Phys. Vol. 22, 1976, pp.87-110. https://doi.org/10.1016/0021-9991(76)90110-8
  14. MacCormack, R. W., "A New Implicit Algorithm for Fluid Flow", AIAA-97-2100.
  15. Allmaras, S. R., "A Coupled Euler/Navier-Stokes Algorithm for 2-D Unsteady Transonic Shock/Boundary-Layer Interaction", Ph. D. Thesis, MIT, 1989.
  16. 김윤식, 권장혁, "다중 격자 Navier-Stokes 해석을 위한 수렴 특성 연구 : I. 상류 차분 기법", 한국항공우주학회지 제32권 제3호, 2004, pp.1-9.
  17. Spalart, P. R. and Allmaras, S. R., "A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows", AIAA-92-0439.
  18. Baldwin, B. S and Lomax, H.,"Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flows", AIAA-78-257.
  19. Briley, W. R. and McDonald, H., "An overview and generalization of implicit Navier-Stokes algorithms and approximate factorization", Computers & Fluids, Vol. 30, 2001, pp.807-828. https://doi.org/10.1016/S0045-7930(01)00030-5
  20. Venkatakrishnan, V., "Improved Multigrid Performance of Compressible Navier-Stokes Solvers", AIAA-98-2967.
  21. Mulder, W. A., "Multigrid Relaxation for the Euler Equations", J. Comput. Phys., Vol. 60, 1985, pp.235-252. https://doi.org/10.1016/0021-9991(85)90005-1
  22. Kim, Y. and Kwon, J. H., "Implicit Preconditioners for the 2-D Multigrid Navier-Stokes Solvers", AIAA-2003-3701.
  23. McDonald, M. A., Cook, P. H. and Firmin, M. C. O., "Aerofoil RAE2822 pressure distributions, boundary layer and wake measurements", Advisory Report 138-A6, AGARD, 1979.
  24. Kyle, D. A. and O'Rourke, M. J., "Implementation of Turbulence Models for Shock/Boundary Layer Interaction in Transonic Flow", AIAA-2001-2856.
  25. Thompkins, W. T. and Bush, R. H., "Boundary Treatments for Implicit Solutions to Euler and Navier-Stokes Equations", J. Comput. Phys., Vol. 48, 1982, pp.302-311. https://doi.org/10.1016/0021-9991(82)90052-3
  26. McCroskey, W. J.,"A Critical Assessment of Wind Tunnel Results for the NACA 0012 Airfoil", AGARD CP-429, July 1988.