Some Aspects in the Numerical Simulation of the Aerodynamics of a Naca 0012 Airfoil

E. A. Mitrukova; O. V. Mishchenkova; A. A. Chernova

doi:10.17804/2410-9908.2024.3.029-040

E. A. Mitrukova, O. V. Mishchenkova, A. A. Chernova

SOME ASPECTS IN THE NUMERICAL SIMULATION OF THE AERODYNAMICS OF A NACA 0012 AIRFOIL

DOI: 10.17804/2410-9908.2024.3.029-040

The paper discusses the numerical simulation of the aerodynamics of an airfoil at different angles of attack. Two approaches to determining the angle of attack are considered: by changing the position of the velocity vector of the oncoming flow and by changing the relative position of the flat airfoil. The value of the angle of attack varies in the range from −5 to +10°. Numerical simulation is performed with the openFoam package for solving continuum mechanics problems in the stationary setting based on finite volumes using the rhoSimpleFoam solver. The study results in the values of flow velocity and pressure, partially determined by the method of setting the angle of attack. A significant influence of the method of setting the angle of attack on the calculated aerodynamic coefficients is demonstrated. The mathematical correctness and numerical ambiguity of the considered approaches are assessed. A comparison among the drag coefficients, together with a qualitative analysis of the fields of physical quantities, shows incorrectness in determining the angle of attack by changing the position of the incoming flow velocity vector.

Keywords: numerical simulation, NACA 0012 airfoil, aerodynamics, angle of attack

References:

Ladson, Ch.L. Effects of independent variation of Mach and Reynolds numbers on the low-speed aerodynamic characteristics of the NACA 0012 airfoil section. NASA Technical Memorandum 4074, Langley Research Center, Hampton, Virginia, 1988, 95 p.
Available at: https://turbmodels.larc.nasa.gov/naca0012_val.html (accessed 19.04.2024).
Thomas, J.L. and Salas, M.D. Far-field boundary conditions for transonic lifting solutions to the Euler equations. AIAA Journal, 1986, 24 (7), 1074–1080. DOI: 10.2514/3.9394.
Volkova, A.O. and Streltsov, E.V. Numerical study of jet perforated boundaries in the flow over the profile NACA-0012. Trudy MFTI, 2019, 11 (3), 116–125. (In Russian).
Isaev, S.A. Circular flow around a NACA 0012 profile at Re=40000: paradoxes of modelling in unsteady aerodynamics. Sovremennaya Nauka: Issledovaniya, Idei, Rezultaty, Tekhnologii, 2012, 2 (10), 226–231. (In Russian).
Available at: https://turbmodels.larc.nasa.gov/index.html (accessed at: 19.02.2024).
Available at: https://help.sim-flow.com/tutorials/airfoil-naca-0012
Salmanov, E.G. Research the lift of the double infinite-span wing with a NACA-0012 profile depending on the chord and the vertical interval using Ansys CFX. Sovremennye Nauchnye Issledovaniya i Innovatsii, 2016, 8. (In Russian). Available at: https://web.snauka.ru/issues/2016/08/71052 (accessed 19.04.2024).
Chernova, A.A. Validation of rans turbulence models for the conjugate heat exchange problem. Russian Journal of Nonlinear Dynamics, 2022, 18 (1), 61–82. DOI: 10.20537/nd220105.
Menter, F., Kuntz, M., and Langtry, R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model. In: Proceedings of the Fourth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, 2003, 4, 625–632.
Galperin, V.G., Gorsky, I.P., Kovalev, A.P., and Khristianovich, S.A. The physical basis of transonic aerodynamics. Uchenye Zapiski TsAGI, 1974, 5 (5). (In Russian).

Е. А. Митрюкова, О. В. Мищенкова, А. А. Чернова

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ ПЛОСКОГО ПРОФИЛЯ NACA 0012

Работа посвящена вопросам численного моделирования аэродинамики профиля NACA 0012 при различных углах атаки. Рассмотрено два подхода к определению угла атаки: за счет изменения положения вектора скорости набегающего потока и за счет изменения относительного положения плоского аэродинамического профиля. Величина угла атаки варьируется в диапазоне от −5 до +10°. Численное моделирование проводилось с помощью пакета openFoam для решения задач механики сплошной среды в стационарной постановке на основе конечных объемов с использованием решателя rhoSimpleFoam. В результате исследования были получены значения скорости потока и давления, частично определяемые методом задания угла атаки. Показано существенное влияние метода задания угла атаки на расчетные аэродинамические коэффициенты. Дана оценка математической корректности и численной неоднозначности рассмотренных подходов. Сравнение коэффициентов сопротивления друг с другом в сочетании с качественным анализом полей физических величин показывает некорректность определения угла атаки путем изменения положения вектора скорости набегающего потока.

Ключевые слова: численное моделирование, аэродинамический профиль NACA 0012, аэродинамика, угол атаки

Библиография:

Ladson Ch. L. Effects of independent variation of Mach and Reynolds numbers on the low-speed aerodynamic characteristics of the NACA 0012 airfoil section // NASA Technical Memorandum 4074. – Hampton, Virginia : Langley Research Center, 1988. – 95 p.
URL: https://turbmodels.larc.nasa.gov/naca0012_val.html (accessed 19.04.2024).
Thomas J. L., Salas M. D. Far-field boundary conditions for transonic lifting solutions to the Euler equations // AIAA Journal. – 1986. – Vol. 24 (7). – P. 1074–1080. – DOI: 10.2514/3.9394. 10.2514/3.9394.
Волкова А. О., Стрельцов Е. В. Численное моделирование обтекания профиля naca-0012 в струйно-перфорированных границах // Труды МФТИ. – 2019. – Т. 11, № 3. – С. 116–125.
Исаев С. А. Круговая обдувка профиля NACA0012 при Re=40000: парадоксы моделирования в нестационарной аэродинамике // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. – 2012. – № 2 (10). – С. 226–231.
URL: https://turbmodels.larc.nasa.gov/index.html (accessed 19.02.2024).
URL: https://help.sim-flow.com/tutorials/airfoil-naca-0012
Салманов Э. Г. Исследование подъемной силы двойного крыла бесконечного размаха с профилем NACA-0012 в зависимости от хорды и вертикального интервала в пакете Ansys CFX // Современные научные исследования и инновации. – 2016. – № 8. – URL: https://web.snauka.ru/issues/2016/08/71052 (дата обращения: 19.04.2024).
Chernova A. A. Validation of RANS turbulence models for the conjugate heat exchange problem // Russian Journal of Nonlinear Dynamics. – 2022. – Vol. 18, No. 1. – P. 61–82. – DOI: 10.20537/nd220105.
Menter F., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // The Fourth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, Antalya, Turkey, 12–17 October, 2003 : Proceedings. – 2003. – Vol. 4. – P. 625–632.
Физические основы околозвуковой аэродинамики / В. Г. Гальперин, И. П. Горский, А. П. Ковалев, С. А. Христианович // Ученые записки ЦАГИ. – 1974. – Vol. 5, No. 5.

Библиографическая ссылка на статью

Mitrukova E. A., Mishchenkova O. V., Chernova A. A. Some Aspects in the Numerical Simulation of the Aerodynamics of a Naca 0012 Airfoil // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2024. - Iss. 3. - P. 29-40. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2024.3.029-040. -
URL: http://dream-journal.org/issues/content/article_451.html
(accessed: 21.12.2024).