Геометрическое перестроение расчетной сетки с помощью общей огибающей семейства сфер в задаче ледообразования
Аннотация
При численном моделировании процесса нарастания льда на поверхности обтекаемого тела важную роль играет задача геометрического перестроения поверхностной расчетной сетки согласно интенсивности ледообразования. В данной задаче по интенсивности нарастания льда в узлах или ячейках рассматриваемой сетки необходимо вычислить новые положения узлов сетки, чтобы получившаяся конфигурация эволюционировавшей расчетной сетки адекватно отражала поверхность с образовавшимся на ней ледяным покровом. Одним из критичных требований к алгоритму перестроения сетки является его надежность, возможность работать с произвольными поверхностными сетками, способность работать с сильными изгибами сетки, складками и шумами, а также бороться с потенциальными самопересечениями. В данной статье рассматривается алгоритм перестроения поверхностной сетки, в котором новое положение узла расчетной сетки определяется как точка пересечения траектории движения узла и общей огибающей семейства сфер с центрами в точках роста льда и радиусами, соответствующими интенсивности роста льда. Предложенный алгоритм предназначен для работы с телами со сложной геометрией, при его использовании происходит затягивание локальных впадин, а также сглаживание острых пиков, что повышает качество итоговой сетки. Основным качеством разработанного алгоритма является его надежность, что позволяет ему работать с сетками произвольной сложности и с сетками, обладающими геометрическими дефектами.
Литература
2. Fevralskikh A.V. Wing icing of ground-effect vehicle: numerical simulation. Trudy Krylovskogo gosudarstvennogo nauchnogo centra = Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019;(4):117-124. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.24937/2542‑2324‑2019-4-390-117-124
3. Koshelev K.B., Melnikova V.G., Strijhak S.V. Development of iceFoam solver for modeling ice accretion. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2020;32(4):217-234. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2020-32(4)-16
4. Aksenov A.A., Byvaltsev P.M., Zhlutkov S.V., Sorokin K.E., Babulin A.A., Shevyakov V.I. Numerical simulation of ice accretion on airplane surface. AIP Conference Proceedings. 2019;2125(1):030013. doi: https://doi.org/10.1063/1.5117395
5. Aksenov A.A. FlowVision: Industrial computational fluid dynamics. Computer Research and Modeling. 2017;9(1):5-20. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.20537/2076-7633-2017-9-5-20
6. Bartkus T.P., Struk P.M., Tsao J.-C. Evaluation of a Thermodynamic Ice-Crystal Icing Model Using Experimental Ice Accretion Data. Atmospheric and Space Environments Conference. 2018. https://doi.org/10.2514/6.2018-4129
7. Zhang X., Wu X., Min J. Aircraft icing model considering both rime ice property variability and runback water effect. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017;104:510-516. https://doi.org/10.1016/J.IJHEATMASSTRANSFER.2016.08.086
8. Zhou R.-W., Zhu Y.-C., Tian Y., Chao J. Study on natural ice-melting process of insulator by thermodynamic analysis. Thermal Science. 2022;26(6B):5015-5025. https://doi.org/10.2298/TSCI211014106Z
9. Porter C.E., Rigby D.L. Three Dimensional Surface Redefinition Method for Computational Ice Accretion Solvers. AIAA Aviation Forum. 2020. https://doi.org/10.2514/6.2020-2831
10. Rybakov A.A., Shumilin S.S. Approximate methods of the surface mesh deformation in two-dimensional case. Lobachevskii Journal of Mathematics. 2019;40(11):1848-1852. https://doi.org/10.1134/S1995080219110258
11. Bourgault-Côté S., Hasanzadeh K., Lavoie P., Laurendeau E. Multi-layer icing methodologies for conservative ice growth. In: 7th European Conference for Aeronautics and Aerospace Sciences (EUCASS). 2017. https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-258
12. Jiao X. Volume and feature preservation in surface mesh optimization. In: Proceedings of the 15th International Meshing Roundtable. 2006. https://doi.org/10.1007/978-3-540-34958-7_21
13. McCloud P.L. Extrusion of complex surface meshes utilizing face offsetting and mean curvature smoothing. In: AIAA Scitech 2019 Forum. 2019. https://doi.org/10.2514/6.2019-1718
14. Thompson D., Tong X., Arnoldus Q., Collins E., McLaurin D., Luke E. Discrete surface evolution and mesh deformation for aircraft icing applications. In: 5th AIAA Atmospheric and Space Environments Conference. 2013. https://doi.org/10.2514/6.2013-2544
15. Tong X., Thompson D., Arnoldus Q., Collins E., Luke E. Three-dimensional surface evolution and mesh deformation for aircraft icing applications. Journal of Aircraft. 2017;54:1047-1063. https://doi.org/10.2514/1.C033949
16. Shumilin S.S. Methods for anchoring boundary nodes when smoothing a triangular surface mesh. Program Systems: Theory and Applications. 2021;12(2):207-219. https://doi.org/10.25209/2079‑3316-2021-12-2-207-219
17. Rivara M.-C., Rodrigez-Moreno P. A. Tuned terminal triangles centroid Delaunay algorithm for quality triangulation. In: Roca X., Loseille A. (eds.) 27th International Meshing Roundtable. 2019. Vol. 127. https://doi.org/10.1007/978-3-030-13992-6_12
18. Rakotoarivelo H., Ledoux F. Accurate manycore-accelerated manifold surface remesh kernels. In: Roca X., Loseille A. (eds.) 27th International Meshing Roundtable. 2019. Vol. 127. https://doi.org/10.1007/978‑3‑030-13992-6_22
19. Panchal D., Jayaswal D., Feature sensitive geometrically faithful highly regular direct triangular isotropic surface remeshing. Sādhanā. 2022;(47):94. https://doi.org/10.1007/s12046-022-01866-7
20. Jung W., Shin H., Choi B.K. Self-intersection removal in triangular mesh offsettings. CAD Journal. 2004;1(1):477-484. https://doi.org/10.1080/16864360.2004.10738290
21. Skorkovská V., Kolingerová I., Benes B. A Simple and robust approach to computation of meshes intersection. In: Proceedings of the 13th International Joint Conference on Computer Vision, Imaging and Computer Graphics Theory and Applications. 2018;1:175-182. https://doi.org/10.5220/0006538401750182
22. Charton J., Baek S., Kim Y. Mesh repairing using topology graphs. Journal of Computational Design and Engineering. 2021;8(1):251-267. https://doi.org/10.1093/jcde/qwaa076
23. Rybakov A.A. Optimization of the problem of conflict detection with dangerous aircraft movement areas to execute on Intel Xeon Phi. Programmnye produkty i sistemy = Software & Systems. 2017;30(3):524-528. (In Russ., abstract in Eng.) https://doi.org/10.15827/0236-235X.119.3.524-528
24. Freylekhman S.A., Rybakov A.A. Self-intersection elimination for unstructured surface computational meshes. Lobachevskii Journal of Mathematics. 2022;43(10):134-140. https://doi.org/10.1134/S1995080222130133
25. Shabanov B.M. Rybakov A.A., Shumilin S.S., Vorobyov M.Y. Scaling of supercomputer calculations on unstructured surface computational meshes. Lobachevskii Journal of Mathematics. 2021;42(11):2571-2579. doi: https://doi.org/10.1134/S1995080221110202
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Редакционная политика журнала основывается на традиционных этических принципах российской научной периодики и строится с учетом этических норм работы редакторов и издателей, закрепленных в Кодексе поведения и руководящих принципах наилучшей практики для редактора журнала (Code of Conduct and Best Practice Guidelines for Journal Editors) и Кодексе поведения для издателя журнала (Code of Conduct for Journal Publishers), разработанных Комитетом по публикационной этике - Committee on Publication Ethics (COPE). В процессе издательской деятельности редколлегия журнала руководствуется международными правилами охраны авторского права, нормами действующего законодательства РФ, международными издательскими стандартами и обязательной ссылке на первоисточник.
Журнал позволяет авторам сохранять авторское право без ограничений. Журнал позволяет авторам сохранить права на публикацию без ограничений.
Издательская политика в области авторского права и архивирования определяются «зеленым цветом» в базе данных SHERPA/RoMEO.
Все статьи распространяются на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная, которая позволяет другим использовать, распространять, дополнять эту работу с обязательной ссылкой на оригинальную работу и публикацию в этом журналe.
