AI Summary & Key Takeaways
AI InsightThe findings reveal that the k-ε Realizable model, which yields the highest lift-to-drag ratio (CL/CD) particularly at an angle of attack of α = 8°, is the most suitable turbulence model for CFD-based aerodynamic optimization studies involving passive flow control devices such as Gurney flaps.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
This study presents a computational investigation on the aerodynamic behavior of a NACA 0012 aerofoil equipped with a 1.5%c height Gurney flap, utilizing various turbulence models in ANSYS Fluent. Five widely recognized turbulence models—Spalart-Allmaras, Standard k-ε, Realizable k-ε, SST k-ω, and Transition SST—were employed to assess their predictive accuracy under identical flow conditions. The primary objective was to determine the most appropriate model to capture the aerodynamic effects caused by the trailing-edge Gurney flap, particularly in terms of lift coefficient, drag coefficient, and lift-to-drag ratio. A mesh independence study was conducted to ensure numerical reliability, and the results were interpreted considering prior studies that investigated Gurney flap performance on symmetric airfoils. According to results, it is demonstrated that the Transition SST model provides the highest aerodynamic efficiency from 0° to 4° while k-ε Realizable model gives the best of that after 6o until 12o. Among the models investiagted, the k-ε Realizable model exhibited superior consistency in predicting both lift enhancement and flow separation behavior. The findings reveal that the k-ε Realizable model, which yields the highest lift-to-drag ratio (CL/CD) particularly at an angle of attack of α = 8°, is the most suitable turbulence model for CFD-based aerodynamic optimization studies involving passive flow control devices such as Gurney flaps. In this context, this study provides an important perspective on turbulence model selection for low Reynolds number applications.
Özet
Bu çalışma, firar kenarına %1.5c yüksekliğinde Gurney flap entegre edilmiş NACA 0012 kanat profilinin aerodinamik davranışını, farklı türbülans modelleri kullanılarak gerçekleştirilen sayısal analiz yoluyla incelemektedir. ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak, Spalart-Allmaras, Standard k-ε, Realizable k-ε, SST k-ω ve Transition SST olmak üzere beş farklı türbülans modeli, aynı akış koşulları altında aerodinamik performansın öngörülmesindeki başarıları açısından karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın temel amacı, Gurney flap uygulamasının kaldırma kuvveti katsayısı, sürükleme katsayısı ve kaldırma/sürükleme oranı üzerindeki etkilerini doğru şekilde tahmin edebilen en uygun türbülans modelini belirlemektir. Sayısal güvenilirliğin sağlanması amacıyla ağdan bağımsızlık (mesh independence) çalışması gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar, simetrik kanat profilleri üzerinde yapılan önceki Gurney flap araştırmaları ile karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, Transition SST modelinin 0°'den 4°'ye kadar en yüksek aerodinamik verimliliği sağladığı, k-ε Realizable modelinin ise 6°'den 12°'ye kadar en iyi aerodinamik verimliliği sağladığı ortaya konulmuştur. Ele alınan modeller arasında, k-ε Realizable modeli hem kaldırma kuvveti artışı hem de ayrılma bölgesi öngörüsünde en tutarlı sonuçları vermiştir. Elde edilen bulgular, özellikle α = 8° hücum açısında en yüksek kaldırma/sürükleme oranını (CL / CD) sağlayan k-ε Realizable modelinin, Gurney flap gibi pasif akış kontrol elemanlarını içeren CFD tabanlı aerodinamik optimizasyon çalışmaları için en uygun türbülans modeli olduğunu ortaya koymaktadır. Bu bağlamda, düşük Reynolds sayılı uygulamalarda türbülans modeli seçimine yönelik önemli bir içgörü sunmaktadır.