In the present study, a high-order accurate flow solver based on a mixed mesh paradigm has been developed for the numerical simulation of unsteady flows. The proposed mesh topology involves unstructured tetrahedral/prismatic mesh in the near-body region and adaptive Cartesian mesh in the off-body region. The body-conforming near-body unstructured mesh offers a great flexibility in treating complex geometries, and also ensures proper mesh resolution for capturing the boundary layer. For the Cartesian mesh in the off-body region, a high-order accurate WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) scheme was adopted to better resolve the detailed flow features. A multi-level mesh adaptation scheme with a tree-based data structure was also employed directly on the Cartesian cells to further enhance the accuracy of the solution. To transfer the flow information between the two mesh topologies, an overset mesh technique was applied. To assess the accuracy of the present flow solver, various two- and three-dimensional validation cases were examined. From these numerical investigations, it was concluded that the present mixed mesh flow solver with high-order scheme and adaptive mesh refinement is more accurate and efficient for steady and unsteady flow simulations, compared to traditional unstructured mesh flow solver.
본 연구에서는 비정상 유동에 대한 수치해석을 위해 비정렬 혼합 격자기반의 고차정확도의 유동 해석자를 개발하였다. 개발된 해석자는 물체와 인접한 영역에서는 비정렬의 사면체와 프리즘 격자를 반면에 물체와 떨어진 영역에서는 적응 직교격자를 이용하였다. 물체 주변의 비정렬 격자의 경우 복잡한 형상에 대해서도 격자 생성이 용이하다는 장점을 가지고 있으며, 동시에 물체 표면에서 나타나는 경계층 유동에 대해서도 정확한 해석이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 반면 직교격자 영역에서는 WENO 스킴에 기반한 고차정확도 기법 적용함으로써 물체와 떨어진 영역에서도 보다 정확한 해석이 가능케 구현되었다. 또한 국부적으로 나타나는 주요한 유동 특성, 예를 들면 충격파나 와류유동과 같은 유동 현상들을 효율적으로 모사하기 위해 격자 적응 기법을 활용하였다. 격자 적응 기법은 트리 자료 구조를 활용함으로써 자동화 및 강건성을 확보하였다. 두 가지 형태의 격자기법을 활용함으로써 격자계간 유동변수의 내삽이 요구되는데 이를 위해 중첩격자기법이 활용되었다. 개발된 해석자는 2차원과 3차원의 다양한 문제에 적용하였다. 3차원의 실제 헬리콥터 형상에 개발된 해석자를 적용하였으며, 이를 통해 충격파와 블레이드-와류의 간섭현상 등을 모사하였다. 수치해석을 통해 본 연구에서 제안한 혼합격자 해석자가 기존에 사용하던 비정렬 격자계의 해석자보다 정상 및 비정상 유동 해석에 있어 보다 정확하고 효율적으로 계산이 수행됨을 확인할 수 있었다.
