المجلة الدولية للعلوم والتقنية

International Science and Technology Journal

ISSN: 2519-9854 (Online)

ISSN: 2519-9846 (Print)

DOI: www.doi.org/10.62341/ISTJ

مجلة علمية محكّمة تهتم بنشر البحوث والدراسات في مجال العلوم التطبيقية، تصدر دورياً تحت إشراف نخبة من الأساتذة

Drag Coefficient Prediction of NACA-0012 Airfoil Subjected to an Incompressible Flow by Using the Cartesian Cut Cell Mesh Strategy

الملخص
في ظل التطور لميكانيكا الموائع الحسابية التي تستخدم الطرق العددية لحل المسائل التي تتضمن سريان الموائع وتحليل نتائج المحاكاة باستخدام الحواسيب لإجراء الحسابات اللازمة للتوصل الى الحلول التقريبية لحل معادلات نافييرستوكس ، يحتاج المهندسون إلى إنشاء شبكات عالية الجودة من الشبكات العنقودية حول الأشكال الهندسية التي تستغرق من الوقت أيام أو ساعات قليلة. تم استحداث عدة طرق من أجل تلبية هذه الحاجة والخلية الكرتيزية المقطوعة هي احدي هذه التقنيات (Cartesian Cut Cell Method)، تركز الدراسة الحالية على مدى تأثير استراتيجيات تشابك الخلايا الكرتيزية المقطوعة المختلفة على دقة الأداء الديناميكي فى الهواء الجوي. يمكن وصف طريقة الخلية الكرتيزية المقطوعة بأنها منهجية للخلايا المقطوعة على الاشكال الهندسية باستخدام عملية تتضمن قطع خلايا مستطيلة / سداسية على شبكة الاشكال الهندسية. من اجل تحقيق الهدف من هذه الدراسة استخدمت رزمة ANSYS FLUENT لبناء شكل الجنيح وشبكة Cartesian Cut Cell ، تم استعمال نموذجين للسريان المضطرب المستقر الغير انضغاطي المتوفرين في البرنامج و هما k-ω model و k-kl-ω model ,تمت عملية المحاكاة الرقمية ثلاثية الأبعاد حول الجنيح NACA-0012 وفحص معامل الاعاقة ، سمك الطبقة الجدارية ، و متغيرات تباين كثافة الشبكة. أظهر استخدام طريقة الخلية الكرتيزية المقطوعة اتفاقًا جيد مع نتائج ديناميكيات السوائل الحسابية والبيانات التجريبية وأوضحت هذه الدراسة أن طريقة الخلية الكرتيزية المقطوعة لديها القدرة على إنشاء شبكة عالية الجودة تلتقط تفاصيل الطبقة الحدودية اللزجة بسهولة, في المستقبل سيتم توسيع نطاق استخدام هذه التقنية لنماذج سريان اكثر تطورا مع استعمال شكل هندسي لجناح ورفرف للتنبؤ بمعامل الاعاقة.
Abstract
In order to shorten product design time, engineers need to create high quality meshes around geometries within a few days or hours. Newer automated meshing techniques have been published in order to tackle this need and the Cartesian Cut Cell is one of them. The present work focused on the effect of different Cut Cell meshing strategies on the accuracy of aerodynamic performance predictions. The Cartesian Cut Cell method can be described as a methodology in which Cut Cells are applied to the geometry utilizing a process involving rectangular/hexagonal cells on a regular lattice cutting through the geometry. Cut Cell Cartesian meshing is a general purpose meshing designed for ANSYS FLUENT, making use of Workbench to construct the airfoil shape and the Cut Cell mesh. The current work results obtained for NACA-0012 are computed using two models available in ANSYS FLUENT, namely k-ω and k-kl-ω models. The three-dimensional numerical simulations were created for steady incompressible flow around NACA-0012 shape. Drag coefficient, Boundary layer thickness, mesh expansion ratio, and mesh density variation parameters were investigated. For this application both models produce good Drag results. k-kl-ω produce better Drag and the results are close to the measured data. The Use of the Cut Cell method showed a good agreement between Computational Fluid Dynamics results and experimental data. This study illustrated that the Cartesian Cut Cell method has the ability to generate high quality mesh, which captures the details of the viscous boundary layer easily. The authors plan to extend their work in the future to use more sophisticated turbulence models and mesh refinement to predict Drag for airfoil with flap.