Sensitivity analysis for numerical simulation of compressible flows in external aerodynamics.
Analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe
Résumé
Sensitivity analysis for the numerical simulation of external aerodynamics compressible flows with respect to the mesh discretization and to the model input parametric uncertainty has been addressed respectively 1- through adjoint-based gradient computation techniques and 2- through non-intrusive stochastic approximation methods based on sparse grids. 1- An enhanced goal-oriented mesh adaptation method based on aerodynamic functional total derivatives with respect to mesh coordinates in a RANS finite-volume mono-block and non-matching multi-block structured grid framework is introduced. Applications to 2D RANS flow about an airfoil in transonic and detached subsonic conditions for the drag coefficient estimation are presented. The asset of the proposed method is patent. 2- The generalized Polynomial Chaos in its sparse pseudospectral form and stochastic collocation methods based on both isotropic and dimension-adapted sparse grids obtained through an improved dimension-adaptivity method driven by global sensitivity analysis are considered. The stochastic approximations efficiency is assessed on multi-variate test functions and airfoil viscous aerodynamics simulation in the presence of geometrical and operational uncertainties. Integration of achievements 1- and 2- into a coupled approach in future work will pave the way for a well-balanced goal-oriented deterministic/stochastic error control.
L'analyse de sensibilité pour la simulation numérique des écoulements compressibles en aérodynamique externe par rapport à la discrétisation de maillage et aux incertitudes liées à des paramètres d'entrées du modèle a été traitée 1- par le moyen des méthodes adjointes pour le calcul de gradient et 2- par approximations stochastiques non-intrusives basées sur des grilles creuses. 1- Une méthode d'adaptation de maillages goal-oriented basée sur les dérivées totales des fonctions aérodynamiques d'intérêt par rapport aux nœuds du maillage a été introduite sous une forme améliorée. La méthode s'applique au cadre de volumes finis pour des écoulements RANS pour des maillages mono-bloc et multi-bloc structurés. Des applications 2D pour des écoulements transsoniques ainsi que subsonique détaché atour d'un profil pour l'estimation du coefficient de traînée sont présentées. L'apport de la méthode proposée est vérifié. 2- Les méthodes du polynôme de chaos généralisé sous forme pseudospectrale creuse et de la collocation stochastique construite sur des grilles creuses isotropes et anisotropes sont examinées. Les maillages anisotropes sont obtenus par le biais d'une méthode adaptive basée sur l'analyse de sensibilité globale. L'efficacité des ces approximations est testée avec des fonctions test et des écoulements aérodynamiques visqueux autour d'un profil en présence d'incertitudes géométriques et opérationnelles. L'intégration des méthodes et aboutissements 1- et 2- dans une approche couplée permettrait de contrôler de façon équilibrée l'erreur déterministe/stochastique goal-oriented.