Space shuttle supersonic flow
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1. 개요
본 예제는 밀도기반 솔버를 사용하는 정상상태 압축성 초음속 유동해석 예제이다.
계산 조건은 다음과 같다.
- solver : TSLAeroFoam
- 난류모델 : kOmegaSST
- 마하수 : 3
- 받음각 : 15 degree
- 원방경계 압력 : 100000 Pa
- 원방경계 온도 : 288 K
2. 프로그램의 구동
프로그램 실행 후 launcher에서 ‘New’를 선택한다. Launcher에서 ‘Solver Type’은 Density-based를, ‘Multiphase Model’은 None을 선택한다.
launcher 설정
3. 격자
격자는 주어진 polyMesh 폴더를 사용한다. 상단 메뉴에서 File - Load Mesh - OpenFOAM을 순서대로 클릭하고 polyMesh 폴더를 선택한다.
4. General
Operating Conditions에 0을 입력한다.
5. Models
난류 모델은 $SST k - \omega$ 모델을 선택한다.
6. Materials
Density는 Perfect Gas, Viscosity는 Sutherland를 선택한다. 나머지는 디폴트 조건을 사용한다.
7. Boundary Conditions
경계조건은 다음과 같이 설정한다.
- spaceShuttle
- Wall - No slip, adiabatic
- maxy
- symmetry
- minx, maxx, miny, minz, maxz
- Far-Field Riemann
- Flow Direction : 받음각 15에 해당하는 방향, (0.965926, 0, 0.258819)
- Mach Number : 3
- Static Pressure : 100000
- Static Temperature : 288
- Turbulence : intensity and viscosity ratio(0.1 and 1)
farfield Riemann 경계조건
8. Reference Values
- Area, Length : 1
- Density : 1.2097(farfield condition)
- Pressure : 100000(farfield condition)
- Velocity : 1020.5933(farfield condition)
9. Numerical Conditions
Formulation은 Implicit, Flux Type은 Roe-FDS를 사용한다. Entropy Fix Coefficient는 0.5를 사용한다.
Discretization Schemes에서 Flow와 Turbulence 모두 Second Order Upwind를 사용한다.
Convergence Criteria에서 Density의 값을 1e-5으로 설정한다
나머지는 모두 디폴트를 사용한다.
수치해석 조건
10. Monitors
Add - Forces를 선택하고 다음과 같이 설정한다.
- Lift Direction : (-0.258819, 0, 0.965926)
- Drag Direction : (0.965926, 0, 0.258819)
- Boundaries : spaceShuttle
11. Initialization
초기조건은 다음과 같이 설정한다.
- Velocity : (985.817, 0, 264.149)
- Pressure : 100000
- Temperature : 288
- Turbulence
- Scale of Velocity : 1020.5933
- Turbulent Intensity : 0.1
- Turbulent Viscosity Ratio : 1
12. Run Conditions
‘Run Conditions’는 다음과 같이 설정한다.
- Number of Iterations : 3000
- Courant Number : 0.1
- Save Interval : 500
13. Run
Start Calculation을 누르면 계산이 시작된다.
초음속 유동의 경우 Courant Number를 높게 시작하면 초기에 발산하는 경우가 많아 작은 값으로 시작한 후 계산이 어느 정도 안정되면 조금씩 높여주면 수렴 속도를 높일 수 있다. 계산 중 Run Condition에서 값을 수정하고 Run에서 Update Configuration 버튼을 누르면 적용된다. 이 예제에서는 0.1로 시작해서 200번 iteration 정도에서 값을 1로 높여주고 400번 정도에서 100으로 높여주었다.
Residual 그래프
14. 후처리
External tools의 paraview 버튼을 클릭하여 paraview를 실행하고 압력을 선택하면 다음과 같은 분포를 확인할 수 있다.
압력 분포