LES sobre perfiles en OpenFOAM para el estudio de la separación del flujo

Abstract

[ES] Este Trabajo Final de Máster, basado en la mecánica de fluidos computacional, explora las bondades de las Large Eddy Simulation (LES) para captar, mediante el software de código libre OpenFOAM, la separación de flujo en perfiles aerodinámicos.

El volumen de control de estudio se genera mediante una función, desarrollada en proyectos previos, que permite mallar cualquier perfil a través de sus coordenadas cartesianas. A raíz de los problemas de convergencia causados por la calidad de la malla, se mejora la función aumentando la resolución del borde de ataque del perfil mediante interpolaciones. Este procedimiento soluciona los problemas de convergencia. A partir de esta función se generan mallas de distintas densidades de elementos para el perfil NACA 0012 hasta obtener aquella que cumpla con los requisitos de resolución de energía cinética turbulenta.

Utilizando datos experimentales y métodos estadísticos se validan las simulaciones realizadas con el submodelo de Smagorinsky, observando una subpredicción del coeficiente de sustentación y un retraso del pico de succión del extradós. El análisis LES de este perfil a distintos ángulos de ataque ha permitido estudiar la separación del flujo y las distintas estructuras turbulentas en la capa límite y en la estela.

[EN] This Final Master¿s Thesis, based on computational fluid mechanics, explores the benefits of Large Eddy Simulation (LES) to capture, through the open source software OpenFOAM, the separation of flow in aerodynamic profiles.

The control volume is generated by a function, developed in previous projects, that allows meshing any profile through its Cartesian coordinates. Due to the convergence problems caused by the quality of the mesh, the function is improved by increasing the resolution of the leading edge of the profile using interpolations. This procedure solves convergence problems. From this function, meshes of different element densities are generated for the NACA 0012 profile until the one that meets the turbulent kinetic energy resolution requirements is obtained.

Through experimental data and statistical methods, the simulations carried out with the Smagorinsky submodel are validated, observing a sub-prediction of the lift coefficient and a delay in the suction peak of the upper surface. LES analysis of this profile at different angles of attack has made it possible to study the separation of the flow and the different turbulent structures in the boundary layer and in the wake.