多段翼型流場分析(前緣縫翼+對稱翼型+后緣縫翼)

1、CFD課程設(shè)計(jì)說明書多段翼型流場分析CFD課程設(shè)計(jì)院系： 專業(yè)：班級：學(xué)號：姓名： 指導(dǎo)老師：目錄第一章 緒論31.1 ANSYS軟件介紹31.2 主要內(nèi)容3第二章 模型建立42.1 ICEM建立模型及導(dǎo)出42.2 劃分網(wǎng)格5第三章 Fluent計(jì)算73.1 設(shè)置參數(shù)計(jì)算7第四章 FLUENT計(jì)算結(jié)果及處理10摘要此次課程設(shè)計(jì)是利用ANSYS軟件中的ICEM和Fluent求解器計(jì)算不同迎角下，多段翼型的升力系數(shù)，阻力系數(shù)，力矩系數(shù)以及各個(gè)狀態(tài)下的流場分布情況，根據(jù)題目要求翼型選擇NACA0012為對稱翼型，并帶有前緣襟翼以及簡單襟翼，計(jì)算結(jié)束后，利用tecplot軟件繪制Cy-，Cy-Cx，M

2、z-Cy曲線，得出Cy0，最大升阻比等氣動(dòng)力特征參數(shù)。關(guān)鍵詞 ICEM Fluent tecplot 第一章 緒論1.1 ANSYS軟件介紹 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， IDEAS， AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CAD工具之一。在此次的課題中，主要用到其中的ICE

3、M及Fluent部分。1.2 主要內(nèi)容 本次課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是通過CATIA建立多端翼型幾何模型，通過fluent解算器進(jìn)行有限元分析，從而得到該組合體的一些相關(guān)的氣動(dòng)數(shù)據(jù)。此次課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于模型的建立，通過CATIA建立基礎(chǔ)的模型，然后導(dǎo)入到ANSYS.ICEM中進(jìn)行模型的處理以及網(wǎng)格包括殼網(wǎng)格、體網(wǎng)格及附面層網(wǎng)格的劃分。完成之后導(dǎo)入到fluent解算器設(shè)置屬性，相關(guān)參數(shù)等，然后進(jìn)行計(jì)算不同迎角下的多段翼型的相關(guān)氣動(dòng)參數(shù)及壓力云圖分布情況。第二章 模型的建立2.1 ICEM建立模型及導(dǎo)出首先使用profili生成翼型的幾何文件，在profili中選擇翼型，選擇NACA 0012，弦長

4、設(shè)置為200mm，并將其導(dǎo)入ICEM中進(jìn)行處理，在翼型前緣繪制前緣襟翼，后緣繪制簡單襟翼，將翼型分為三段，并在一行外圍繪制外流場，將翼型包圍。外流場的幾何尺寸大致為弦長的5倍。圖 2.1 ICEM幾何模型繪制2.2 劃分網(wǎng)格ICEM中對二維圖形劃分網(wǎng)格需要對圖形進(jìn)行分塊，選擇blocking選項(xiàng)卡，點(diǎn)擊進(jìn)行創(chuàng)建塊操作，命名為FLUID，并選擇2D Planar，點(diǎn)擊Apply完成操作。圖 2.2 創(chuàng)建塊之后需要根據(jù)幾何圖形對塊進(jìn)行劃分，使用ICEM中塊劃分的操作，先創(chuàng)建一個(gè)O-Block，將整個(gè)翼型包圍在其中，由于整個(gè)翼型被分為三段，再使用塊劃分將O-Block劃分為五個(gè)小塊。對block（塊

5、）進(jìn)行劃分完畢之后，需要將block的edge（邊）和對應(yīng)的幾何元素建立映射關(guān)系，再blocking選項(xiàng)卡中選擇，隨后點(diǎn)擊associate edge to curve，將edge與對應(yīng)的線建立關(guān)聯(lián)。圖 2.3 建立映射映射關(guān)系確立之后，通過blocking下的Pre-Meshing Params對edge劃分節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)劃分完畢之后就可以進(jìn)行網(wǎng)格預(yù)覽，并進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量不錯(cuò)，就可以選擇output選項(xiàng)將其導(dǎo)入到fluent中進(jìn)行計(jì)算了。圖 2.4 節(jié)點(diǎn)劃分圖2.5 網(wǎng)格劃分及關(guān)聯(lián)圖 2.6 網(wǎng)格預(yù)覽圖 2.7 網(wǎng)格質(zhì)量檢查第三章 Fluent計(jì)算3.1 設(shè)置參數(shù)計(jì)算1）定義網(wǎng)格打

6、開Fluent，選擇File-Read-case，選擇保存的msh網(wǎng)格文件，打開。在General下，選擇Scale，在Mesh Was Created In下拉列表中選擇mm，點(diǎn)擊scale，然后關(guān)閉。選擇Check，檢查網(wǎng)格，Minimum Volume應(yīng)大于1。Solver框里的Velocity Formulation中選擇Relative。（2）定義求解模型選擇Models-Viscous，雙擊，選擇Spalart-allmaras(1 eqn)模型。圖 3.1 求解器模型選擇Materials，定義材料，默認(rèn)為空氣，在編輯菜單中的Density中選擇Idel-gas，Viscosit

7、y欄中選擇sutherland，在彈出的菜單中選擇OK，點(diǎn)擊Change/Create，然后點(diǎn)擊Close關(guān)閉。圖 3.2 流體材料（3）定義邊界條件定義流場域材料，在zone中選擇airplane，在type欄中選擇fluid，及之前定義的air的fluid材料。定義壁面，在機(jī)翼type類型中選擇wall，彈出對話框點(diǎn)擊ok默認(rèn)。定義遠(yuǎn)場，在入口，出口以及流場邊界三個(gè)zone的type欄中均選擇pressure-far-field，在彈出的對話框中，設(shè)置mach number為0.5，輸入來流的方向向量的二維坐標(biāo)值（改變迎角），Temperature輸入300，點(diǎn)擊OK。圖 3.3 定義遠(yuǎn)場

8、（4）初始化計(jì)算選擇Reference Values，在Compute From下拉欄中選擇入口的part，在Area欄中輸入?yún)⒖济娣e（0.376mm2）。選擇Solution Controls，定義松弛系數(shù)，均為默認(rèn)值的一半，選擇Monitors，定義監(jiān)視器。顯示殘差曲線（默認(rèn)顯示），設(shè)定各個(gè)參數(shù)的收斂殘差值為1e-3，點(diǎn)擊OK；顯示升力系數(shù)變化曲線，點(diǎn)擊Create，選擇Lift，勾選plot，在zone列表中選擇機(jī)翼，點(diǎn)擊OK；顯示阻力系數(shù)變化曲線，點(diǎn)擊Create，選擇Drag，勾選plot，同樣在zone列表中選擇機(jī)翼，點(diǎn)擊OK；顯示力矩系數(shù)變化曲線，點(diǎn)擊Create，選擇Momen

9、t，勾選plot，zone選擇機(jī)翼，點(diǎn)擊OK。圖 3.4 定義監(jiān)視器選擇Solution Initialization，點(diǎn)擊Initialize初始化流場。選擇Run Calculation，在Number of Iterations欄中輸入迭代次數(shù)，這里輸入100，點(diǎn)擊Calculate，開始計(jì)算，在大約82步左右達(dá)到收斂要求，計(jì)算結(jié)束，改變來流方向，重新計(jì)算。記錄不同來流方向下的計(jì)算結(jié)果及壓力分布云圖。第四章 Fluent計(jì)算結(jié)果及處理在給定馬赫數(shù)為0.4的情況下，升力系數(shù)Cl、阻力系數(shù)Cd、力矩系數(shù)Cm、升阻比在0-20角度下的變化值如下表4.1-1、表4.1-2所示，并生成曲線如下圖所

10、示：表4.1-1迎角0°2°4°6°8°Cl0.00001340.193530.374830.515730.65839Cd0.00000330.010961-0.00351-0.024103-0.04802Cm0.015016-0.0051089-0.010204-0.014648-0.01806ClCd17.656235-106.789-21.396-13.710-80.476表4.1-2迎角10°12°14°16°18°Cl0.554180.520750.556680.618820.6759

11、9Cd-0.0068862-0.0045904-0.0015678-0.014325-0.029479Cm-0.012397-0.011194-0.011827-0.012806-0.013745ClCd-80.47689-113.4432-355.0707-43.19860-22.931239 圖4.1 阻力隨迎角變化曲線 圖4.2 升力隨迎角變化曲線 圖4.3 力矩系數(shù)隨迎角變化曲線 圖4.4 升阻比隨迎角變化曲線在給定馬赫數(shù)0.4的情況下，各迎角0-20°下（分為0°、2°、4°、6°、8°、10°、12°、14°、16°、18°）的壓力云圖如下圖所示：根據(jù)數(shù)據(jù)及圖示所值可求解出升力線斜率、零升角、最大升力系數(shù)、最大