Tesis doctoral de Mohammad Kouhi Esfahani
El presente trabajo pretende contribuir a dos de los campos de investigación más interesantes en la aerodinámica, el análisis numérico de flujos compresibles a alta velocidad (parte i) y la optimización de la forma aerodinámica (parte ii). la primera parte de este estudio se centra en la solución numérica de las ecuaciones de navier-stokes, que modelan el comportamiento de flujos compresibles a alta velocidad. La discretización espacial se lleva a cabo mediante el método de elementos finitos (fem) y se pone especial énfasis en el desarrollo de una nueva formulación estabilizada basada en la técnica de cálculo de incremento finitos (fic). En este última, los términos de estabilización convectiva se obtienen de manera natural de las ecuaciones de gobierno a través de postulados de conservación y equilibrio de flujos en un dominio espacio-tiempo de tamaño finito. Ello lleva a la obtención de dos términos de estabilización que funcionan de manera complementaria. Uno actúa en dirección de las líneas de corriente proporcionando la estabilización necesaria para contrarestrar las inestabilidades propias de la forma discreta de galerkin y el otro término, de tipo shock capturing, actúa de manera transversal a las líneas de corriente y permite mejorar la solución numérica alrededor de discontinuidades y otro tipos de fenómenos localizados en el campo de solución de problema. La forma discreta de las ecuaciones de gobierno se completa mediante un esquema de integración temporal explícito de tipo de runge-kutta de 4to orden. El esquema de solución básico propuesto se complementa con una técnica de refinamiento adaptativo de malla que permite mejorar automáticamente la solución numérica en zonas localizadas del dominio en que, dadas las características del flujo, se necesita una mayor resolución espacial. con el propósito de investigar el comportamiento de la formulación numérica se estudian diferentes casos de análisis que implican flujos viscosos y no viscosos en régimen subsónico, transónico y supersónico y se estudia con especial detalle el funcionamiento de la técnica de estabilización propuesta. Los resultados obtenidos demuestran una exactitud satisfactoria y una buena correlación con resultados presentes en la literatura, incluso cuando se trabaja con discretizaciones espaciales relativamente gruesas. Adicionalmente, los estudios numéricos realizados demuestran que el empleo del esquema adaptativo de malla es eficaz para incrementar la exactitud de la solución numérica manteniendo un bajo coste computacional. en la segunda parte de este estudio se propone un método para la optimización de formas aerodinámicas que combina algoritmos genéticos multi-objetivo (mogas) y remallado adaptativo con el objetivo de asegurar, con un coste computacional mínimo, la calidad de la solución numérica empleada en el proceso de búsqueda de un determinado diseño objetivo, particularmente cuando el flujo presenta discontinuidades y gradientes muy localizados, típicos de flujos a alta velocidad. La metodología se aplica a resolver tres problemas prácticos de diseño de perfiles aerodinámicos en flujo transónico que implican la optimización de la distribución de presiones, minimización de la resistencia de onda y maximización conjunta de la sustentación y la relación sustentación/resistencia. Para cada uno de ellos se estudia el efecto del refinamiento en la calidad de la solución numérica así como también en el coste computacional y la convergencia del problema. Los estudios realizados demuestran la eficacia de la metodología propuesta.
Datos académicos de la tesis doctoral «A contribution to the finite element analysis of high-speed compressible flows and aerodynamics shape optimization«
- Título de la tesis: A contribution to the finite element analysis of high-speed compressible flows and aerodynamics shape optimization
- Autor: Mohammad Kouhi Esfahani
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 30/09/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Eugenio Oñate Ibáñez De Navarra
- Tribunal
- Presidente del tribunal: roberto maurice Flores le roux
- Juan José Ródenas García (vocal)
- (vocal)
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