基于FLUENT的旋翼(螺旋槳)旋轉(zhuǎn)仿真

1、基于FLUENT的旋翼(螺旋槳)旋轉(zhuǎn)仿真廖保全本文主要通過動網(wǎng)格技術(shù)對旋翼旋轉(zhuǎn)過程的氣流現(xiàn)象進行仿真。涉及到機構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格組裝，UDF應(yīng)用，CFX-POST后處理等軟件應(yīng)用知識點。希望能夠給大家學習提供幫助。由于時間緊迫，加上本人的水平有限，文中的不足之處請大家批評指正。利用fluent對旋翼旋轉(zhuǎn)進行仿真，通過仿真結(jié)果觀察旋翼以1000rad/s的速度轉(zhuǎn)動時的氣流現(xiàn)象。旋翼幾何模型針對問題描述建立幾何模型如圖1所示，將整個計算域劃分成固定域和旋轉(zhuǎn)域。網(wǎng)格的劃分采用網(wǎng)格模型組裝方法，固定域通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法劃分網(wǎng)格，旋轉(zhuǎn)域包含旋翼曲面采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法建立相應(yīng)的part如圖將上述幾

2、何模型保存為single.tin一、 進行旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格劃分將parts里的名字為DOWN、UP、DOWN_WALL、WALL的part刪除，留下的幾何圖形即為包含旋翼的旋轉(zhuǎn)域如圖所示將上述幾何模型保存為single_in.tin現(xiàn)在對旋轉(zhuǎn)域進行網(wǎng)格劃分，先生成旋轉(zhuǎn)域的殼網(wǎng)格。網(wǎng)格參數(shù)的設(shè)置如圖所示生成的旋翼表面網(wǎng)格如圖所示對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢查，網(wǎng)格質(zhì)量較好，quality質(zhì)量指數(shù)在0.5以上。對殼網(wǎng)格進行保存，為single_in_shell.uns。單純的殼網(wǎng)格并不能進行流動計算，接下來對旋轉(zhuǎn)域進行體網(wǎng)格劃分。 圖中為切面處的體網(wǎng)格，按照下列參數(shù)對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢查。從上圖中可以看出，網(wǎng)格質(zhì)量在0

3、.15以上，沒有負網(wǎng)格產(chǎn)生。保存網(wǎng)格為single_in.uns。二、 進行固定域網(wǎng)格劃分打開開始保存的幾何文件single.tin，將parts里的名字為PROPELLER的part刪除，留下的幾何圖形即為不包含旋翼的固定域如圖所示將模型另存為single_out.tin。固定域結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)在對其進行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。固定域Block劃分及節(jié)點設(shè)置，如圖所示。進行網(wǎng)格預(yù)覽，并檢查網(wǎng)格質(zhì)量。所有網(wǎng)格Determinant2X2X2值大于0.5，大部分大于0.6。保存Block為single_out.blk。 生成網(wǎng)格，將網(wǎng)格保存為single_out.uns。關(guān)閉軟件。三、 對生成網(wǎng)格進行組裝在文

4、件夾中雙擊single_out.uns打開固定域網(wǎng)格，再點擊打開網(wǎng)格，找到single_in.uns文件，單擊打開。彈出如圖所示對話框，單擊Merge。即完成了兩部分網(wǎng)格的加載與組裝，可以通過切面查看組裝情況?？梢钥匆娦D(zhuǎn)域的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與周圍的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格組裝在了一起。將網(wǎng)格保存為single_merge.uns。選擇Fluent_V6輸出網(wǎng)格。完成網(wǎng)格輸出后，可以在Output file欄所示路徑下找到single_propeller.msh。四、 數(shù)值計算本文采用動網(wǎng)格方法模擬旋翼的轉(zhuǎn)動，通過UDF指定旋翼的轉(zhuǎn)動。UDF內(nèi)容如下：#include "udf.h"DEFINE

5、_CG_MOTION(propeller1, dt, vel, omega, time, dtime)Domain *domain;domain = Get_Domain(1);omega2=1000.0; /*以1000rad/s繞Z軸旋轉(zhuǎn)*/打開FLUENT，選擇雙精度三維求解器。如下圖所示打開UDF編譯對話框，點擊，找到剛剛保存的UDF文件propeller.c。點擊編譯文件，單擊加載UDF宏。利用菜單加載上面保存的網(wǎng)格文件single_propeller.msh。單擊定義網(wǎng)格尺寸。 單擊檢查網(wǎng)格質(zhì)量，在TUI窗口輸出的檢查結(jié)果如圖所示。在General面板中選擇Transient求解。

6、如圖進行Models設(shè)置。進行Materials設(shè)置，采用默認的air材料屬性。網(wǎng)格包含兩個計算域，設(shè)置計算域材料均為air。邊界條件設(shè)置，將down、up、wall的邊界條件設(shè)置為outflow，將down_interface、down_interface:003、up_interface、up_interface:002、wall_interface、wall_interface:004邊界條件設(shè)置為interface，propeller的邊界條件設(shè)置為wall，如圖所示。在Mesh Interfaces面板中點擊進行運動邊界設(shè)置，按照對應(yīng)關(guān)系設(shè)置運動邊界downdown_interfac

7、edown_interface:003upup_interfaceup_interface:002wallwall_interfacewall_interface:004設(shè)置完成后如圖。在Dynamic Mesh面板中勾選激活動網(wǎng)格模型。網(wǎng)格更新參數(shù)設(shè)置如下圖所示。點擊面板中的按鈕設(shè)定運動區(qū)域，在設(shè)置Motion UDF/Profile下拉框中選擇剛剛編譯的UDF，設(shè)置旋翼中心，設(shè)置Cell Height為0.0005m，如下圖所示。 設(shè)置完畢后關(guān)閉對話框，點擊可以進行運動區(qū)域預(yù)覽。通過預(yù)覽可以看到旋翼按照設(shè)定的過程旋轉(zhuǎn)。保存當前文件為single_propeller.cas。 點擊打開網(wǎng)格運動預(yù)覽對話框，如下圖設(shè)置完畢，單擊按鈕進行網(wǎng)格預(yù)覽。Solution Methods設(shè)置采用默認值，Solution Controls設(shè)置采用默認值。定義殘差和升力監(jiān)視窗口，Solution Initialization面板點擊進行初始化。按照下圖設(shè)置，點擊開始計算。當大概計算到1500步，升力曲線基本收斂。五、 后處理后處理就不詳細說了吧，貼幾張C