НАСА поставило перед собой несколько целей в отношении возможностей агентства по вычислительной гидродинамике на следующее десятилетие, включая полное моделирование авиационных двигателей. Таким образом, весьма желательна возможность точно и надежно моделировать сложную физику потока, возникающую в результате взаимодействия решеток вращающихся лопаток двигателя.
Однако точное по времени моделирование всего воздушно-реактивного турбовентиляторного реактивного двигателя требует больших вычислительных затрат, особенно, когда исследователи пытаются собрать огромное количество турбулентных аэродинамических и аэроакустических данных.
Команда исследователей из Исследовательского центра Эймса НАСА стремится снизить стоимость этих сложных симуляций, используя метод скользящей сетки, который облегчает передачу переменных потока между стационарной и вращающейся частями вычислительной модели. Этот метод моделирования позволяет избежать дорогостоящей задачи подключения, которую в противном случае пришлось бы выполнять на каждом временном шаге.
Команда Эймса реализовала этот новый подход, используя структуру запуска, подъема и аэродинамики транспортного средства (LAVA), разработанного собственными силами структурированного решателя криволинейной вычислительной гидродинамики, и новый метод в настоящее время проходит проверку с использованием экспериментальных данных в компании НАСА по диагностическому тестированию.
Чтобы уловить основные особенности характеристики шумового сигнала вращающегося турбовентилятора, необходимо получить точные по времени данные решения для достаточно длительного временного окна, обычно порядка десяти или более оборотов вентилятора. Учитывая большой размер числовых сеток, необходимых для улавливания высокочастотных тонов, для такого моделирования требуются вычислительные ресурсы, доступные только в крупнейших центрах высокопроизводительных вычислений в мире, таких как Центр передовых суперкомпьютеров НАСА (NAS).
- Луис Фернандес, Исследовательский центр Эймса НАСА
- Все симуляции проводились на суперкомпьютере Pleiades в Центре передовых суперкомпьютеров НАСА (NAS). Каждое моделирование выполнялось на 20-ядерных узлах Intel «Skylake», используя более 480 000 ядер-часов и десятки терабайт кратковременного дискового хранилища для получения данных всего за десять оборотов вентилятора.
- Одним из ключевых результатов до сих пор была удивительная способность вычислений Навье-Стокса с нестационарным усреднением по Рейнольдсу (URANS) предсказывать среднее поле потока, которое развивается после ряда лопаток вентилятора двигателя, особенно по сравнению с моделированием с масштабным разрешением, выполненным с использованием Гибридные методы моделирования RANS/Large-Eddy. Это подтверждает предположение о том, что URANS может быть достаточно для улавливания тонального шума, создаваемого турбовентиляторным агрегатом.
- Результаты, полученные в этой работе, будут сравниваться с экспериментальными данными, полученными в ходе кампании НАСА по диагностическому тестированию источника, которая проводилась в низкоскоростной безэховой аэродинамической трубе в Исследовательском центре Гленна НАСА, и будут использоваться для определения того, насколько хорошо работает метод скользящей сетки. в рамках программного обеспечения LAVA.
- Следующим шагом этого проекта будет тщательное сравнение аэроакустического поля вокруг модели турбовентилятора, предсказанного моделированием, и данных, полученных в экспериментах в аэродинамической трубе, с целью проверки способности решателя LAVA точно моделировать этот комплекс. среда потока.
Англоязычный вариант статьи здесь. (Обнаружите неточности пишите в компентрии)