RAE2822翼型跨聲速繞流的CFD計(jì)算

1、RAE2822翼型跨聲速繞流的CFD計(jì)算專業(yè)：工程力學(xué)學(xué)號：*姓名：*指導(dǎo)老師：*2015/4/12問題描述：模型：RAE2822翼型來流條件：Ma0.729，=2.31°計(jì)算狀態(tài)：（1）無粘繞流（歐拉方程、無附面層網(wǎng)格）。（2）至少3種不同湍流模型計(jì)算粘性繞流（同一帶附面層網(wǎng)格，y30）。（3）采用S-A湍流模型，建立4種不同y的網(wǎng)格計(jì)算（y<1, y10, y30, y50）。 （4）對y50的網(wǎng)格，額外采用流場求解網(wǎng)格自適應(yīng)功能（基于壓力梯度）進(jìn)行計(jì)算。第一章 物理模型1.1 RAE2822翼型將RAE2822翼型點(diǎn)導(dǎo)入CATIA，掃描得到翼型曲線如下。圖1.11.2 計(jì)

2、算參數(shù)來流條件：Ma0.729，=2.31來流壓力和溫度：P=101325Pa，T=300K第二章 網(wǎng)格劃分及求解器設(shè)置2.1網(wǎng)格劃分2.1.1 無附面層網(wǎng)格劃分本文使用Gridgen軟件作為網(wǎng)格生成器，并采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分。遠(yuǎn)場邊界上下、左側(cè)距離約為弦長10倍，向后遠(yuǎn)場范圍設(shè)置為翼型弦長15倍。在翼型上下弧線分別布節(jié)點(diǎn)100，減小兩端節(jié)點(diǎn)間距，在翼面附近進(jìn)行適當(dāng)加密。分塊生成domain。圖2.1 無附面層網(wǎng)格2.1.2 帶附面層網(wǎng)格劃分對于考慮粘性的計(jì)算模型。需要建立附面層，附面層第一層厚度通過Y+公式計(jì)算。對于給定y+，可以得到對應(yīng)第一層厚度如下：y+ds(m)0.80.0000033

3、100.0000419300.0001259500.0002099網(wǎng)格劃分以y+=30為例。在翼型上下弧線及尾跡上分別布置100節(jié)點(diǎn)，并在翼型兩端進(jìn)行適當(dāng)加密。使用extrude生成附面層網(wǎng)格，共15層，初始厚度設(shè)置為0.1259mm，增長率為1.1。按無附面層網(wǎng)格劃分方式設(shè)置外圍流場邊界。布置節(jié)點(diǎn)，生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。生成體。圖 2.2 帶附面層網(wǎng)格2.2 求解器及邊界條件設(shè)置將流動分析求解程序設(shè)置為2D FLUENT。邊界條件設(shè)置如下：外圍設(shè)置為壓力遠(yuǎn)場，上下翼面設(shè)置為wall。輸出能被FLUENT讀入的文件。第三章 CFD設(shè)置對于亞音速計(jì)算條件，為可壓流動，通用求解器采用密度基。流體物理屬性設(shè)

4、置為理想氣體。求解模型根據(jù)要求的不同選擇無粘，湍流模型，其中湍流模型選擇了三種常用的模型，即S-A、k-e和k-o模型，均采用默認(rèn)設(shè)置。根據(jù)來流速度大小及方向設(shè)置邊界條件，給定參考值，設(shè)置殘差監(jiān)視器及輸出升阻力系數(shù)，初始化后進(jìn)行計(jì)算。第四章 計(jì)算結(jié)果及分析4.1 無粘模型計(jì)算求解模型選擇Inviscid，采用默認(rèn)設(shè)置，將壓力系數(shù)結(jié)果導(dǎo)入Tecplot進(jìn)行后處理，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比如下：圖4.1 無粘繞流計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖所示，無粘模型下表面的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好 ，上表面則存在較大差距。說明“無粘”的假設(shè)不能很好的模擬壁面附件的流動，上表面流速增大，靜壓減小，使得上下表面壓差增大，數(shù)

5、值計(jì)算所得升力明顯大于實(shí)際升力。4.2 不同湍流模型計(jì)算結(jié)果比較為比較不同湍流模型對計(jì)算結(jié)果的影響，使用同一帶附面層網(wǎng)格（y+=30），分別采用S-A，k-e及k-w進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如下：圖 4.2 不同湍流模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比由圖中可以看出，三種湍流模型在下表面都能較好吻合。至于上表面，S-A模型的結(jié)果優(yōu)于k-e模型優(yōu)于k-o模型。說明湍流模型的選用，對于計(jì)算結(jié)果會有較大影響。對于二維跨聲速可壓流動，S-A模型能夠更好的模擬其粘性流動狀態(tài)。Spalart-Allmaras 模型是設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域的，主要是墻壁束縛流動，而且已經(jīng)顯示出很好的效果。4.3不同附面層厚度計(jì)

6、算結(jié)果比較圖 4.3不同邊界層厚度網(wǎng)格結(jié)算結(jié)果對比從圖中可以看出，在y<1, y10 y30, y50時(shí)，對于S-A湍流模型y+的選取對計(jì)算的結(jié)果影響不是很大。在允許的情況下可以選取較大的y+，從而減少計(jì)算時(shí)間?？紤]到網(wǎng)格密度，計(jì)算時(shí)間的問題，使用y50能得到相對合理的結(jié)果。4.4 采用網(wǎng)格自適應(yīng)功能求解對于y+=50的網(wǎng)格，采用自適應(yīng)功能后，與未自適應(yīng)所得數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。自適應(yīng)后的網(wǎng)格如下所示：圖 4.4 自適應(yīng)后的網(wǎng)格圖 5.4 是否采用網(wǎng)格自適應(yīng)功能所得數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比從圖中可以看出，對于y+=50的計(jì)算模型，在采用了自適應(yīng)技術(shù)后，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格在激波產(chǎn)生和激波消失處都有了

7、明顯的加密。對于壓力系數(shù)的比較可以發(fā)現(xiàn)兩次壓力系數(shù)值并沒有明顯變化，采用了自適應(yīng)技術(shù)后并沒有明顯的增益，說明原網(wǎng)格在處理該問題時(shí)精度已達(dá)到。第五章 總結(jié)通過對RAE2822翼型在不同湍流模型，不同條件下的計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，可以發(fā)現(xiàn)，選用無粘模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，翼型下表面壓力系數(shù)值與實(shí)驗(yàn)值非常接近，上表面則差別較大，主要原因在于無粘模型忽略了氣體粘性，而在激波處近壁面流動內(nèi)速度梯度很大，與假設(shè)模型存在很大差異；對同一y+采用不同湍流模型的計(jì)算結(jié)果對比中，可以看出對于該翼型，S-A模型的假設(shè)更為合理，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值更為接近；對于采用同一湍流模型（S-A模型），y+對于其計(jì)算結(jié)果影響不大，為了計(jì)算效率，采用