流體-大彎度翼型繞流流場分析

1、算例來源：書籍算例制作：張正川算例校核：陳永杰關(guān) 鍵 詞：NACA747a水翼，大彎度翼型，流場分析，非定常 大彎度翼型繞流流場分析Number：138For：ANSYS18.0 Fluent DemoTime: 2017.11.23目 錄摘要大彎度翼型繞流模型網(wǎng)格劃分求解設(shè)置結(jié)果分析總結(jié)一、摘要水翼繞流是常見的流動現(xiàn)象，也是流體力學(xué)中的基礎(chǔ)問題，設(shè)計邊界層轉(zhuǎn)捩、流動分離、渦脫落及流固耦合作用等典型的流動現(xiàn)象。不同的翼型類別（對稱翼型和非對稱翼型），其繞流之后的流場特征也有所不同。本案例研究大彎度翼型NACA74系列的翼型繞流特征，即翼型最大彎度為弦長的7%。通過基于勢流理論的儒可夫斯基翼型變

2、換分析可知，通過不同的型函數(shù)進行保角變換，則會產(chǎn)生不同的翼型型線，進而流動分離點位置、流場特征也隨之改變，本案例則對大彎度翼型繞流流場進行計算分析。二、大彎度翼型繞流模型二、大彎度翼型繞流模型研究對象為NACA747a315的水翼繞流，來流攻角為0，具體物理模型如下圖所示?，F(xiàn)以ANSYS18.0作為計算平臺，并以該翼型繞流流動結(jié)構(gòu)為物理模型進行研究。參數(shù)值翼型弦長，c100mm翼型彎度，最大弧高7%計算域，xyz 1.5c10c1.5c來流速度，U015 m/s來流攻角，0關(guān)鍵區(qū)域網(wǎng)格尺度，=0.00062c雷諾數(shù)，Rec13.4e5C=100mm三、網(wǎng)格劃分三、網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分采用ANSYS

3、18.0 ICEM進行網(wǎng)格劃分翼型局部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)InletOutletSymNo Slip WallNo Slip WallNo Slip Wall采用ICEM對大彎度NACA74翼型繞流流體計算域進行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，（為充分捕捉近壁區(qū)流動結(jié)構(gòu)，近壁區(qū)網(wǎng)格尺寸為特征長度的0.1倍）。網(wǎng)格單元總數(shù)為115萬，節(jié)點數(shù)為110.4萬。四、求解設(shè)置Fluent啟動界面及網(wǎng)格導(dǎo)入四、求解設(shè)置啟動：雙擊ANSYS18.0 Fluent，啟動流體分析軟件四、求解設(shè)置計算類型設(shè)置：研究對象為翼型流動非定常分析，采用瞬態(tài)流場計算，every time step:1e-3s，Total time:0.2s。瞬態(tài)分析

4、設(shè)置四、求解設(shè)置湍流模型選擇：選用對流動分離及小尺度流動結(jié)構(gòu)捕捉能力較好的分離渦湍流模型，即DDES。湍流模型選取流體介質(zhì)添加四、求解設(shè)置流體介質(zhì)添加：選擇需要的流體介質(zhì)，此算例中選擇水為流體介質(zhì)。計算域設(shè)置四、求解設(shè)置計算域：導(dǎo)入流體介質(zhì)；該算例沒有旋轉(zhuǎn)域，故其他保持默認設(shè)置。四、求解設(shè)置邊界條件設(shè)置：雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的in，在下方的TYPE中選擇為velocity-inlet，將Velocity Magnitude數(shù)值改為15m/s，其余保持默認，如下圖所示。編輯【Zone】中的Sym，在下方的TYPE中選擇symmetry，保持默認。編輯

5、【Zone】中的out，在下方的TYPE中選擇pressure-out，保持默認。四、求解設(shè)置Inlet Boundary Condition四、求解設(shè)置Outlet Boundary Condition四、求解設(shè)置數(shù)值求解方法：SIMPLE數(shù)值求解四、求解設(shè)置瞬態(tài)流場初始條件初始化設(shè)置四、求解設(shè)置收斂條件設(shè)置收斂精度設(shè)置四、求解設(shè)置監(jiān)測值設(shè)置監(jiān)測值設(shè)置四、求解設(shè)置監(jiān)測值設(shè)置監(jiān)測值設(shè)置四、求解設(shè)置迭代步求解設(shè)置迭代設(shè)置五、結(jié)果分析五、結(jié)果分析讀取計算結(jié)果文件。單擊【File】【Load Result】，讀取Fluent計算結(jié)果。五、結(jié)果分析計算殘差和監(jiān)測值。五、結(jié)果分析流場分析-壓力分布云圖對

6、水翼NACA747a315進行非定常計算可知，在攻角為0均勻來流的條件下，對翼型表面壓力分布不均勻，在翼型最大弧高處有較大的壓力梯度；繞流流場中翼型表面壓力分布也不均勻，可以明顯看出，翼型大弧度上表面壓力分布不均勻，有較大的壓力梯度，而下表面壓力分布均勻，且壓力較高，翼型上下表面壓力差提供升力。壓力梯度較大發(fā)生流動分離翼型上下表面壓差提供升力五、結(jié)果分析流場分析-速度矢量分布圖由流場速度分布及流線分布圖可知，NACA747a315大彎度翼型在攻角為0均勻來流的條件下，翼型流場流速分布不均勻，且在最大弧高處產(chǎn)生較大的壓力梯度，導(dǎo)致在此處開始發(fā)生流動分離；流體在翼型的排擠作用下，流體繞流翼型后，在

7、翼型前緣產(chǎn)生駐點，流體繞流翼型后局部速度較大，在翼型尾緣近壁區(qū)，速度較大。翼型繞流流動分布不均勻近壁區(qū)流場分布五、結(jié)果分析流場分析-渦量場分布翼型繞流尾部區(qū)域，產(chǎn)生一系列不同尺度的渦帶結(jié)構(gòu)；在本算例中，由于計算資源限制，流體域計算網(wǎng)格較少，但保證了近壁區(qū)網(wǎng)格質(zhì)量滿足上述要求。最終捕捉到的翼型繞流流場結(jié)構(gòu)有限，小尺度結(jié)構(gòu)不能明顯的反映出來。若要深入研究后大攻角翼型繞流流場尺度信息，可在上述拓撲結(jié)構(gòu)上進一步加密網(wǎng)格即可。翼型近壁區(qū)小尺度流動結(jié)構(gòu)六、總結(jié)六、總結(jié)本文研究了大彎度NACA74水翼繞流的非定常流動特征，通過Fluent數(shù)值計算分析，由非定常計算結(jié)果可知，在大彎度水翼的零攻角繞流情況下，來流雷諾數(shù)為13.4萬，其流動特征呈現(xiàn)出不同于對稱翼型的流動情況。翼型表面壓力分布不對稱，且翼型下表面壓力略高于翼型上表面壓力，并且在翼型型線符合流線型時，翼型上下表面壓力差的分布影響水翼的水動力學(xué)特性。但整體上，大彎度翼型與對稱翼型的流場特性較為相近，即流體繞流翼型