Desenvolvimento de Metodologia Numérica para Otimização de Malhas de Blocos Múltiplos para Aplicações Aeroespaciais

Abstract

O projeto de pesquisa abordado neste trabalho se concentra no desenvolvimento de uma metodologia computacional para otimização de malhas de blocos múltiplos tridimensionais para uso em códigos de CFD em problemas envolvendo alijamento de cargas de aeronaves e separação de estágios de foguetes. Inicialmente, o método de suavização laplaciana foi implementado para tratar malhas computacionais triangulares não-estruturadas, no qual adotou-se um conjunto de três métricas de qualidade para elementos triangulares: razão de raios, ângulo mínimo e razão média. Um método de convergência baseado num comprimento característico médio foi implementado para a suavização laplaciana bidimensional. A fim de verificar a eficácia e efetividade do método de suavização, conduziu-se um experimento numérico por meio de uma malha triangular não-estruturada simplificada. Posteriormente, um método de otimização híbrido para malhas tetraédricas não-estruturadas de blocos múltiplos foi desenvolvido baseado em um acoplamento entre a suavização laplaciana tridimensional e uma otimização topológica local. As métricas de qualidade para tetraedros de razão de raios, ângulo sólido mínimo e razão média foram empregadas para aferir a qualidade da malha tetraédrica. Os elementos de conectividade entre os blocos foram monitorados a m de veri ficar a efetividade da metodologia numérica de otimização proposta. Os resultados mostram que o método proposto é capaz de tratar elementos distorcidos presentes na malha inicial, eliminando-os e reconstruindo a malha por meio de um método de avanço de frente de geração adaptativo, permitindo uma suavização laplaciana tridimensional válida.

The main purpose of this work is to develop a computational tool for unstructured three-dimensional mesh improvement for use on multiblock CFD codes to simulate store separation problems. Initially, the Laplacian smoothing method was used to treat unstructured triangular meshes using a blend of three metrics for triangles, namely radius ratio, mean ratio and minimum angle. A convergence criterion was used for two-dimensional Laplacian smoothing, which is based on an average characteristic length. In order to verify the success of the smoothing method, a numerical experiment was conducted over a simplified unstructured triangular mesh. Afterwards, a hybrid smoothing method was developed based on a coupling between Laplacian method and locally topological optimization for unstructured tetrahedral multiblock grids. A blend of three metrics, namely radius ratio, mean ratio and minimum solid angle was adopted. The connectivity region between the mesh blocks is monitored to verify the successful of the implementation. The results show that the method is capable of treating an initial distorted mesh, eliminating distorted elements and reconstructing them with an adaptive advanced front mesh generation process, allowing a valid three-dimensional Laplacian smoothing.