It takes a lot of time and effort to generate grids for numerical analysis of problems with ground effect because the relative attitude and height of airfoil should be maintained to the ground as well as the inflow. A low Mach number preconditioned turbulent flow solver using the overlap grid technique has been developed and applied to the ground effect simulation. It has been validated that the present method using the multi-block grid gives us highly accurate solutions comparing with the experimental data of the RAE 101 airfoil in an unbounded condition. Present numerical method has been extended to simulate ground effect problems by using the overlapped grid system to avoid tedious work in generating multi-block grid system. An extended method using the overlapped grid has been verified and validated by comparing with results of multi-block method and experimental data as well. Consequently, the overlapped grid method can provide not only sufficiently accurate solutions but also the efficiency to simulate ground effect problems. It is shown that the pressure and aerodynamic centers move backward by the ground effect as the airfoil approaches to the ground.
In the present paper, flow fields around two dimensional single and two circular cylinders are analysed by a finite difference method. Navier-Stokes and the continuity equations an solved to simulate the flow fields. A overlapped grid system(the composite of a body boundary-fitted grid system near the body and a rectangular grid system for other flow fields) is used for this calculation. In the use of overlapped grid system, it is most significant thing to exchange the physical quantities from one grid system to the other one continuously, In this research, the linear interpolations of physical quantaties are done for this purpose in the overlapped region. The numerical calculations are carried out for the flows around a circular cylinder and two cylinders to verify the accuracy of present method. The flow fields around two cylinders facing the flow with side by side and tandem arrangement are analysed. The results are compared to other experimental and computational ones done in other single grid system.
The spatial accuracy becomes first-order when second-order conservation schemes including the non-conservative interpolation in general Chimera method are used. To ensure the solution accuracy, the discontinuities must be located away from the overlapped regions, and the length of overlapped region also must be proportional to the grid spacing. In this paper, a proposed method, cut-paste algorithm, is used to satisfy above constraints. The cut-paste algorithm can generate the optimal mesh inteface region automatically, To validate the spatial and temporal accuracy due to the non-conservative interpolation, inviscid and viscous problems are tested.
Chimera grid Method is widely used in Computational Fluid Dynamics due to its simplicity in constructing grid system over complex bodies. Especially, Chimera grid method is suitable for unsteady flow computations with bodies in relative motions. However, interpolation procedure for ensuring continuity of solution over overlapped region fails when so-call orphan cells are present. We have adopted MLS(Moving Least Squares) method to replace commonly used linear interpolations in order to alleviate the difficulty associated with orphan cells. MSL is one of interpolation methods used in mesh-less methods. A number of examples with MLS are presented to show the validity and the accuracy of the method.
Chimera grid methods have been widely used in Computational Fluid Dynamics due to its simplicity in constructing grid systems over complex bodies, and suitability for unsteady flow computations with bodies in relative motion. However, the interpolation procedure for ensuring the continuity of the solution over overlapped regions fails when the so-called orphan cells are present. We have adopted the MLS(Moving Least Squares) method to replace commonly used linear interpolations in order to alleviate the difficulty associated with the orphan cells. MLS is one of the interpolation methods used in mesh-less methods. A number of examples with MLS are presented to show the validity and the accuracy of the method.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제8권1호
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pp.95-104
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2007
A new design approach of complex geometries such as wing/body configuration is arranged by using overset mesh techniques under large scale computing environment. For an in-depth study of the flow physics and highly accurate design, several special overlapped structured blocks such as collar grid, tip-cap grid, and etc. which are commonly used in refined drag prediction are adopted to consider the applicability of the present design tools to practical problems. Various pre- and post-processing techniques for overset flow analysis and sensitivity analysis are devised or implemented to resolve overset mesh techniques into the design optimization problem based on Gradient Based Optimization Method (GBOM). In the pre-processing, the convergence characteristics of the flow solver and sensitivity analysis are improved by overlap optimization method. Moreover, a new post-processing method, Spline-Boundary Intersecting Grid (S-BIG) scheme, is proposed by considering the ratio of cell area for more refined prediction of aerodynamic coefficients and efficient evaluation of their sensitivities under parallel computing environment. With respect to the sensitivity analysis, discrete adjoint formulations for overset boundary conditions are derived by a full hand-differentiation. A smooth geometric modification on the overlapped surface boundaries and evaluation of grid sensitivities can be performed by mapping from planform coordinate to the surface meshes with Hicks-Henne function. Careful design works for the drag minimization problems of a transonic wing and a wing/body configuration are performed by using the newly-developed and -applied overset mesh techniques. The results from design applications demonstrate the capability of the present design approach successfully.
A loosely coupling method is adopted to combine a computational fluid dynamics (CFD) solver and the comprehensive structural dynamics (CSD) code, CAMRAD II, in a systematic manner to correlate the airloads, vortex trajectories, blade motions, and structural loads of the HART I rotor in descending flight condition. A three-dimensional compressible Navier-Stokes solver, KFLOW, using chimera overlapped grids has been used to simulate unsteady flow phenomena over helicopter rotor blades. The number of grids used in the CFD computation is about 24 million for the isolated rotor and about 37.6 million for the rotor-fuselage configuration while keeping the background grid spacing identical as 10% blade chord length. The prediction of blade airloads is compared with the experimental data. The current method predicts reasonably well the BVI phenomena of blade airloads. The vortices generated from the fuselage have an influence on airloads in the 1st and 4th quadrants of rotor disk. It appeared that presence of the pylon cylinder resulted in complex turbulent flow field behind the hub center.
In this paper, flowfield and acoustic-field around moving bodies are simulated by the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) formulation in the finite difference lattice Boltzmann method. Some effects are checked by comparing flaw about a square cylinder in ALE formulation and that in the fixed coordinates, and both agree very well. Matching procedure between the moving grid and fixed grid is also considered. The applied method in which the both grids are connected through buffer region is shown to be superior to moving overlapped grid. Dipole-like emissions of sound wave from harmonically vibrating bodies in two- and three-dimensional cases are simulated.
본 연구에서는 헬리콥터 로터 블레이드의 움직임을 모사하기 위해 중첩 격자 기법을 적용하여 헬리콥터 로터의 전진 및 제자리 비행을 모사하였다. 제자리 및 무양력 전진 비행은 Caradonna & Tung의 로터 블레이드를 적용하였으며 전진 비행은 AH-1G 로터 블레이드를 적용하여 수치해석 하였다. 전진 비행 시 cyclic pitch각에 대해서 Newton-Raphson 수렴 방법으로 수치 트림을 수행하였으며 수치 트림에 의한 결과를 실험 및 다른 수치해석 결과와 비교하였을 때 실험값과 유사한 결과를 얻었다. 또한 수치 트림에 의한 결과는 로터 전진면에서 나타나는 BVI 현상을 잘 모사하였다. 지배 방정식은 3차원 비정상 오일러 방정식을 사용하였으며 원방 경계 조건으로 리만 불변치 경계조건을 적용하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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