Resumen de Unstructured grid generation using overset-mesh cutting and single-mesh reconstruction
Gennaro Abbruzzese
RESUMEN En este trabajo se presenta un nuevo enfoque para fusionar mallas superpuestas utilizadas habitualmente en simulaciones de CFD. La estrategia propuesta consiste en un preproceso que integra las mallas superpuestas en una única malla, válida para ser utilizada en un solver típico de Navier-Stokes de volúmenes finitos no estructurado y centrado en los vértices. Esta estrategia tiene como objetivo tratar problemas industriales complejos, especialmente en el caso de componentes móviles o capas límite superpuestas. El algoritmo consta de dos pasos clave: (1) la definición de un área común a cada malla componente, donde se eliminan los nodos de una de las mallas, y (2) el subsiguiente remallado del hueco generado entre ambas mallas. En este proceso, el primer punto es particularmente crítico y emplea mallas auxiliares cartesianas bastas para simplificar algunos cálculos involucrados como el cálculo de la distancia a la pared o las pruebas de inclusión de un punto. El enfoque propuesto se ha testado en configuraciones de prueba 2D utilizando el solver DLR-TAU.
Después de una breve introducción del tema y una revisión del estado del arte, se muestran los pasos del algoritmo propuesto. El algoritmo está construido en dos pasos principales. La eliminación de las celdas de las mallas y el remallado del hueco generado, para unir las dos en una sola malla no estructurada. La estrategia del primer paso consiste en la creación de una malla auxiliar cartesiana diseñada para realizar todos los cálculos necesarios para marcar con precisión las celdas de las mallas originales que se eliminarán.
En este proceso, se emplearán varios métodos geométricos para garantizar un resultado satisfactorio, como la triangulación de Delaunay, el diagrama de Voronoi y los marching cubes. Para el proceso de remallado hay que seguir una línea de preparación de la malla y evaluación de los resultados, teniendo en cuenta ciertas precauciones. El procedimiento completo se presenta para los casos 2D y 3D. Los fundamentos del algoritmo en 3D coinciden con los del caso 2D más sencillo, pero el procedimiento difiere en algunos pasos importantes, donde es necesario realizar un trabajo adicional, como por ejemplo el ajuste de los límites del hueco para la comunicación entre celdas hexaédricas y tetraédricas.
El siguiente capítulo describe los resultados de la simulación CFD realizada con el solver DLR-TAU sobre varias mallas originalmente superpuestas y unidas con la her- ramienta desarrollada para este trabajo. Los casos testados son dos. El primero es un perfil de GARTEUR A310 donde los tres componentes se han mallado por separado y luego se unen con el algoritmo explicado. El segundo caso, también en 2D, es un per- fil aerodinámico NACA0012 donde se ha mallado separadamente una onda de choque y posteriormente se han unido ambas mallas.
ABSTRACT In this work a new approach for merging overlapping grids for CFD simulations is pre- sented. The proposed strategy is a preprocessor that integrates the overset meshes into a single mesh suitable for unstructured finite volume vertex-centered Navier-Stokes solvers.
This strategy aims to deal with complex industrial problems, especially in case of moving components and overlapping boundary layers. The algorithm consists of two key steps: (1) the definition of a hole cutting area over each component mesh, where nodes of the other mesh are removed, and (2) the subsequent remeshing of the gap generated between both meshes. In this process, the first issue is particularly critical and it employs aux- iliary coarse Cartesian meshes to simplify the involved computations like wall distance calculations or point inclusion test. The proposed approach has been demonstrated on 2D test configurations using the DLR-TAU solver.
After a brief introduction of the topic and a state-of-the-art review, the steps of the algorithm conceived are shown. The algorithm is built with two main steps. The meshes cell removal and the hull remeshing to join the two in a single unstructured mesh.
The strategy of the first main step consists in the creation of a cartesian auxiliary mesh tailored to perform all the calculations needed to precisely mark the cells to be eliminated from the original meshes. In this process several geometrical methods will be employed to ensure a satisfying outcome, such as Delaunay triangulation, Voronoi diagram and marching cubes. The remeshing step description follows along with remarks on the mesh preparation, outcome evaluation, and some caveats. The whole procedure is detailed for both, 2D and 3D cases. The baseline idea of the 3D algorithm matchs with the simpler 2D case but the procedure differs in some critical steps where aditional work is needed, like the adjustment of the hull boundaries for hexaedral and tetrahedral cells.
The following chapter describes the results of the CFD simulation run with DLR- TAU on the meshes supplied by the developed tool following the previously presented algorithm. The cases tested are two. The first is on a GARTEUR A310 airfoil where all the three components are meshed separately and then are joined with the algorithm explained. The second case, still in 2D, is a NACA0012 airfoil where a shockwave is meshed separately and, still, the meshes are joined in a single one.
