詳細FLUENT實例講座-翼型計算

1、CAE聯(lián)盟論壇精品講座系列 詳細FLUENT實例講座-翼型計算主講人：流沙 CAE聯(lián)盟論壇總版主1.1 問題描述 翼型升阻力計算是CFD最常規(guī)的應用之一。本例計算的翼型為RAE2822，其幾何參數可以查看翼型數據庫。本例計算在來流速度0.75馬赫，攻角3.19情況下，翼型的升阻系數及流場分布，并將計算結果與實驗數據進行對比。模型示意圖如圖1所示。 1.png(12.13 K)2013/7/29 23:41:251.2 FLUENT前處理設置 Step 1：導入計算模型以3D，雙精度方式啟動FLUENT14.5。利用菜單【File】【Read】【Mesh】，在彈出的文件選擇對話框中選擇網格文件r

2、ae2822_coarse.msh，點擊OK按鈕選擇文件。如圖2所示。點擊FLUENT模型樹按鈕General，在右側設置面板中點擊按鈕Display，在彈出的設置對話框中保持默認設置，點擊Display按鈕，顯示網格。如圖3所示。 2.png(11.51 K)2013/7/29 23:41:253.png(33.41 K)2013/7/29 23:41:253-2.png(52.04 K)2013/7/29 23:41:25Step 2：檢查網格采用如圖4所示步驟進行網格的檢查與顯示。點擊FLUENT模型樹節(jié)點General節(jié)點，在右側面板中通過按鈕Scale、Check及Report Qu

3、ality實現(xiàn)網格檢查。 4.png(12.10 K)2013/7/29 23:41:25點擊按鈕Check，在命令輸出按鈕出現(xiàn)如圖5所示網格統(tǒng)計信息。從圖中可以看出，網格尺寸分布：x軸：-48.9750my軸：00.01mz軸：-5050m符合尺寸要求，無需進行尺寸縮放。最小網格體積參數minimum volume為1.690412e-9，為大于0的值，符合計算要求。 5.png(27.22 K)2013/7/29 23:41:25Step 3：General設置點擊模型樹節(jié)點General，在右側設置面板中Solver下設置求解器為Density-Based，如圖6所示。小提示：對于高速可

4、壓縮流場計算，常常使用密度基求解器。Step 4：Models設置使用SST k-w湍流模型，并且激活能量方程。1、激活SST k-w湍流模型如圖6-7所示，點擊模型樹節(jié)點Models，在右側面板中的models列表項中鼠標雙擊Viscous-laminar，彈出如圖6-8所示粘性模型設置對話框，在model選項中選擇k-omega(2 eqn)，并在k-omega Model選項中選擇選項SST，其它參數保持默認。小技巧：對于外流場模型，若壁面附近流場非常重要，則SST k-w模型是理想的選擇。該湍流模型可以求解粘性子層，不過對網格要求較高，壁面附近需要非常細密的網格。2、激活能量方程在圖7

5、所示面板中鼠標雙擊列表項Eneergy-Off，彈出能量方程設置面板，在面板中激活Energy Equation選項。 8.png(42.49 K)2013/7/29 23:41:25Step 5：Materials設置設置氣體密度為理想氣體類型。如圖9所示，點擊FLUENT模型樹節(jié)點Materials，在右側設置面板中選擇材料air，點擊按鈕Create/Edit，彈出材料設置對話框。如圖10所示。設置密度Density選項為ideal-gas，設置粘性Viscosity選項為sutherland，在彈出的相應面板中采取默認設置。點擊Change/Create按鈕完成材料屬性的編輯。 小提示

6、：ideal-gas采用的是理想氣體狀態(tài)方程，能夠反應壓力與密度的關系，可以模擬流體的可壓縮性。對于高速可壓縮流動問題，通常其流體物性與溫度關系較大，本例進行了簡化，設置其比熱及熱傳導率為定值。Step 6：Cell Zone Conditions設置在Cell Zone Conditions中設置參考壓力為0。如圖11所示，點擊模型樹節(jié)點Cell Zone Conditions，在右側設置面板中點擊按鈕Operating Conditions，彈出如圖12所示的設置對話框。在對話框中設置參數Operating Pressure為0。小技巧：設置操作壓力為零意味著在邊界條件中設置的壓力均為絕對

7、壓力。Step 7：Boundary Conditions設置設置入口邊界inlet的邊界類型為Pressure Far-Field。設置壁面邊界airfoil的邊界類型為Wall。設置對稱邊界symmetry的邊界類型為Symmetry。1、設置入口邊界inlet如圖13所示，點擊模型樹節(jié)點Boundary Conditions，在右側面板中Zone選項中選擇列表項inlet，設置邊界類型Type為pressure-far-field，點擊Edit按鈕在彈出的參數設置對話框中設置入口邊界參數。如圖14所示。在Momentum標簽頁中，設置表壓Gauge Pressure為11111Pa，設置

8、馬赫數Mach Number為0.75，設置速度向量為直角坐標方式Cartesian。設置方向向量為（0.99845，0，0.05565）。該向量為通過攻角3.19計算獲得。Cos3.19=0.99845，sin3.19=0.05565。設置湍流指定方式Specification Method為Intensity and Viscosity Ratio，指定湍流強度Turbulent Intensity為1%，湍流粘度比Turbulent Viscosity Ratio為1。切換至Thermal標簽頁，設置溫度Temperature為216.65K。如圖15所示。2、設置airfoil邊界及s

9、ymmetry邊界設置airfoil邊界類型為Wall，保持參數默認，即使用無滑移光滑絕熱壁面。修改symmetry邊界類型為Symmetry。Step 8：Reference Value設置參考值主要用于升阻系數的計算。如圖16所示設置。點擊模型樹節(jié)點Reference Values，在右側面板中Computer from選擇inlet，軟件會自動對下方的參數進行填充。用戶需要確保Area參數值為0.01。軟件利用參數值進行升力系數及阻力系數的計算：式中，CD為阻力系數，CL為升力系數。Fstream為水平分力，F(xiàn)lateral為垂直分力。Step 9：Solution Methods設置如

10、圖17所示，點擊模型樹節(jié)點Solution Methods，在右側面板中設置求解方法。如圖所示，使用Implicit及Roe-FDS求解方法，修改Turbulent Kinetic Energy與Specific Dissipation Rat為Second Order Upwind，其它參數保持默認設置。Step 10：Solution Controls設置求解控制參數采用默認設置。該面板中的設置主要用于控制收斂性，通常軟件會根據用戶設置的模型及邊界條件對控制參數進行一定的優(yōu)化，用戶往往無需進行設定。在該面板中主要設置物理量的亞松弛因子。增大亞松弛因子能提高收斂速度，但是會降低穩(wěn)定性。Ste

11、p 11：Monitor設置可以定義升力及阻力系數監(jiān)視器，以觀察這些物理量隨迭代進行的變化情況。1、定義阻力監(jiān)視器如圖18所示，鼠標點擊模型樹節(jié)點Monitors，在右側設置面板中點擊如圖所示Create按鈕下的Drag菜單，彈出如圖19所示的設置對話框。按如圖19所示，定義阻力監(jiān)視器。2、升力監(jiān)視器升力監(jiān)視器定義步驟與阻力監(jiān)視器相同，所不同的是力向量Force Vector改為-0.0556，0，。Step 12：Solution Initialization設置以入口inlet邊界條件進行初始化。如圖20及圖21所示。Step 13：Run Calculation設置點擊FLUENT模型樹

12、節(jié)點Run Calculation，右側面板設置如圖21所示。設置Number of Iterations為0，激活選項Solution Steering，在選項Flow Type為Transonic，激活選項Use FMG Initialization，點擊按鈕Calculate進行FMG初始化。小技巧：對于航空外流問題，采用FMG初始化有助于提高收斂性。設置Number of Iterations為900，取消激活選項Use FMG Initialization，點擊Calculation按鈕進行迭代計算。1.3 結果后處理Step 1：升阻系數監(jiān)控曲線圖22與圖23分別為升力系數與阻力系

13、數監(jiān)控曲線。從圖中可以看出，隨著迭代次數的增加，升力系數及阻力系數逐漸趨于穩(wěn)定?？梢哉J為計算達到收斂。圖24為迭代輸出結果部分截圖，從圖中可以看出，升力系數約為0.71，阻力系數約為0.027416。Step 2：沿壁面的壓力系數分布點擊模型樹節(jié)點Plot，在右側面板中選擇列表項XY Plot，彈出面板如圖25所示。激活選項Node Values與Position on X Axis，設置Plot Direction為（1,0,0），設置Y Axis Function為Pressure與Pressure Coefficient，設置X Axis Function為Direction Vecto

14、r，選擇Surface為airfoil。點擊按鈕Load File，在彈出的文件選擇對話框中選擇試驗數據文件experiment.xy。點擊Plot按鈕顯示曲線。壓力系數分布如圖28所示。點擊Axes按鈕，彈出如圖26所示坐標軸樣式設置對話框。激活選擇Y Axis，設置Number Format的Type為float，設置精度Precision為2。點擊Curve按鈕設置曲線樣式。如圖27所示。對話框中Curve#中選擇曲線編號，Line Style設置曲線的樣式：包括曲線的線型（Pattern）、顏色（Color）及線寬（weight）。在Maker Style中設置曲線上標記點的樣式，包括

15、參數symbol、Color及size。設置本次計算的曲線為實線，藍色，線寬為2。如圖所示。圖28所示為壓力系數分布曲線及實驗數據分布。從圖中可以看出，數值仿真計算結果與實驗數據吻合較好。用戶可以加密網格以提高計算精度。Step 3：修改視圖方向本例中視圖方向如圖29上圖所示。用戶往往習慣以來流方向從左至右顯示，因此需要修改視圖方向以調整模型觀察方向，如圖29下圖所示。利用菜單【Display】【View】彈出如圖30所示視圖定義對話框。點擊Views對話框中的按鈕Camera，在彈出的對話框中設置Camera為Up Vector，設置向量為（0,0,-1），點擊Apply及Close按鈕確認并關閉對話框。返回至views對話框中點擊Save按鈕保存視圖，點擊Apply按鈕確認視圖選擇。調整視圖后的圖形顯示框中模型顯示如圖29右圖所示。Step 4：查看馬赫數分布點擊模型樹節(jié)點Graphics and Animations，在右側面板Graphics中選擇列表項Contours，點擊Set Up按鈕進入云圖