Contrôle de décollement sur rampe par fente synthétique pulsée





    

    Une multitude de maillages 2D a été créée. On peut les classer en deux catégories.Une distinction est faite sur le nombre de mailles et sur l’orientation de la fente.



Considération

    Pour modéliser l'écoulement autour du profil, on utilise le logiciel de maillage ‘Gambit’. L’objectif dans cette partie est donc de créer divers maillages dont la priorité est de minimiser le nombre de mailles pour éviter de longs calculs tout en obtenant des résultats cohérents. Dans un premier temps, des études 2D ont été faites avant de s’intéresser à des géométries 3D.
    Pour obtenir de bonnes simulations d’écoulements turbulents, il faut considérer certains paramètres lors de la création du maillage. En effet, il faut s’assurer que les quantités créées par l’écoulement turbulent sont bien représentées et résolues lors des simulations numériques. C’est pourquoi il est recommandé de créer un modèle aux maillages suffisamment fins dans les domaines où le mouvement moyen de l’écoulement change brusquement, en particulier près des parois. Ainsi, pour modéliser convenablement l’écoulement au niveau de la sous-couche visqueuse, on crée une couche limite proche des parois mises en jeu. De plus, choisissant de préférence le modèle K-oméga-SST, il est impératif de choisir une première maille pour laquelle y+ doit être compris entre 30 et 50. L’estimation de la taille de la première maille se fait par la relation :

equation1

Avec :

Au final, la première maille doit être de l’ordre de 10-4.


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Conditions aux limites

Les conditions aux limites pour les maillages 2D présentés dans ce projet sont toutes les mêmes :

En 3D, les conditions aux limites sont identiques à la différence que pour les bords du cadre, il est spécifié une condition de périodicité.

Remarque 1: la condition « far field » n’était pas applicable pour notre cas puisque cette condition aux limites nécessite d’avoir un maillage suffisamment grand (avec en entrée et en sortie au moins 3 fois la longueur caractéristique de l’aile) et que notre but premier était de limiter le nombre de mailles.

Remarque 2: les conditions « Velocity Inlet » et « Outflow » nous empêche de choisir l’hypothèse de gaz parfait pour le calcul de la densité. Néanmoins pour notre cas, cette condition n’est pas gênante puisque l’écoulement ne dépassera pas 0.2 Mach.


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    Une multitude de maillages 2D a été créée. On peut les classer en deux catégories. Une distinction est faite sur le nombre de mailles et sur l’orientation de la fente.

Considération de la nombre de mailles


    Les premiers maillages construits possèdent tous une fente perpendiculaire à la plaque. Ils diffèrent seulement par leur nombre de mailles. Les simulations sur ces différents maillages ont permis de choisir le modèle au maillage le plus approprié pour capturer le phénomène physique souhaité et obtenir des résultats satisfaisants.

Maillage 2D – 60 000 mailles:

   Ce premier maillage 2D est précis. Il comporte quasiment 60000 mailles. La région qui se situe en aval du volet a été raffinée pour visualiser dans ses moindres détails la zone de décollement. Ce maillage aura lui-même plusieurs versions en fonction de la localisation du jet synthétique. Il permet d’obtenir des résultats cohérents que nous exposerons par la suite et sur lesquels on se basera pour valider ou non les maillages plus grossiers.


60000mail
Maillage 2D jet synthétique sur le volet - 60 000 mailles

zoom
Maillage 2D jet synthétique sur le volet zoom - 60 000 mailles

Maillage 2D – 12 000 mailles:

    Ce maillage est beaucoup plus grossier que le précédent. Il permet de minimiser le temps de calculs des simulations tout en obtenant des résultats cohérents en accord avec les résultats déterminés à l’aide du maillage précis. Ce maillage aidera à la création d’un maillage 3D dont le nombre de mailles n’excèdera pas 60000.

image3
Maillage 2D jet synthétique sur la plaque - 11500 mailles
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Orientation de la fente

    Par ailleurs, d’autres gémétries 2D ont été créees. Pour chacun de ces maillages, la fente est placée sous différents angles dans le but de faire des comparaisons de résultats obtenus et de choisir le meilleur maillage pour optimiser les performances aérodynamiques. Ainsi, nous avons crée un maillage avec une fente perpendiculaire à la plaque, une fente perpendiculaire au volet, une fente formant un angle de 16.5 degrés avec la plaque, et enfin une fente parallèle à la plaque.
 

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Etude 3D

    En géométrie 3D, on observe une tridimensionnalisation de l’écoulement des rouleaux de Von Karman par filaments tourbillonnaires. Cette tridimensionnalisation de l’écoulement implique que les études 2D ne fournissent pas toutes les informations sur le phénomène mis en jeu. C’est pourquoi, on s’est ensuite intéressé à une étude 3D pour apporter éventuellement de nouveaux renseignements sur les résultats obtenus en 2D (ou du moins, pour confirmer les résultats 2D trouvés).
    Les maillages 3D crées ont donc fait l’objet d’une étude plus approfondi du phénomène de décollement et de l’influence du jet synthétique. Quelques de ces maillages sont présentés ci-dessous


Maillage 3D à 300000 mailles:

    Ce modèle au grand nombre de mailles donne de bons résultats en simulations pour décrire le phénomène et étudier l’influence du jet synthétique. Cependant, les calculs sont extrêmement longs et les simulations ont été faites avec Starccm+ qui malheureusement a décidé de planter régulièrement.


image6image7 Maillage 3D avec vue sur les injecteurs – 300000 mailles

    Aisni, la création d’un maillage tout aussi performant mais avec 5 fois moins de mailles a été crée pour gagner en temps de calculs.

Maillage 3D à 600000 mailles:

   

   Ce maillage ne devait pas excéder les 60000 mailles pour pouvoir lancer des simulations avec Fluent. Il a été crée en réalisant une extrusion à partir du maillage grossier 2D à 12000 mailles et en maillant la profondeur sous forme de pavé

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Maillage 3D jet synthétique sur la plaque – 57500 mailles