流體-翼型繞流非定常分析

1、算例來(lái)源：書籍算例制作：張正川算例校核：陳永杰關(guān) 鍵 詞：NACA12水翼，流場(chǎng)分析，非定常 翼型繞流非定常分析Number：123For：ANSYS18.0 Fluent DemoTime: 2017.11.23目 錄摘要翼型繞流模型網(wǎng)格劃分求解設(shè)置結(jié)果分析總結(jié)一、摘要流體介質(zhì)以一定的速度均勻流入，流體介質(zhì)繞流會(huì)在繞流物尾部區(qū)域發(fā)展成為復(fù)雜的流動(dòng)。這是一個(gè)經(jīng)典的流體力學(xué)問(wèn)題，在雷諾數(shù)不同的情況下，回流渦的形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，可能出現(xiàn)分離渦。水翼繞流是常見(jiàn)的流動(dòng)現(xiàn)象，也是流體力學(xué)中的基礎(chǔ)問(wèn)題，設(shè)計(jì)邊界層轉(zhuǎn)捩、流動(dòng)分離、渦脫落及流固耦合作用等典型的流動(dòng)現(xiàn)象。本案例分析對(duì)稱翼型NACA12（之所以選取

2、對(duì)稱翼型分析，是為了與相關(guān)的案例做對(duì)比）的非定常流動(dòng)，研究來(lái)特定來(lái)流條件下，翼型繞流的非定常流動(dòng)特點(diǎn)。二、翼型繞流模型二、翼型繞流模型研究對(duì)象為NACA12水翼的繞流，為對(duì)稱水翼，來(lái)流攻角為0，具體物理模型如下圖所示?，F(xiàn)以ANSYS18.0作為計(jì)算平臺(tái)，并以該翼型繞流為物理模型進(jìn)行其非定常流動(dòng)特點(diǎn)。參數(shù)值翼型弦長(zhǎng)，c100mm計(jì)算域，xyz 1.5c10c1.5c來(lái)流速度，U07.5 m/s來(lái)流攻角，0關(guān)鍵區(qū)域網(wǎng)格尺度，=0.00062c雷諾數(shù)，Rec6.6e5C=100mm三、網(wǎng)格劃分三、網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分采用ANSYS18.0 ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分InletOutletSymNo Slip

3、WallNo Slip WallNo Slip Wall翼型局部網(wǎng)格結(jié)構(gòu)采用ICEM對(duì)翼型繞流流體計(jì)算域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，（為充分捕捉近壁區(qū)流動(dòng)結(jié)構(gòu)，近壁區(qū)網(wǎng)格尺寸為特征長(zhǎng)度的0.1倍）。網(wǎng)格單元總數(shù)為129.6萬(wàn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)為124.6萬(wàn)。（為了便于對(duì)比，網(wǎng)格數(shù)與定常計(jì)算的網(wǎng)格數(shù)相同）四、求解設(shè)置Fluent啟動(dòng)界面及網(wǎng)格導(dǎo)入四、求解設(shè)置啟動(dòng)：雙擊ANSYS18.0 Fluent，啟動(dòng)流體分析軟件四、求解設(shè)置計(jì)算類型設(shè)置：研究對(duì)象為翼型流動(dòng)非定常分析，采用瞬態(tài)流場(chǎng)計(jì)算，every time step:1e-3s，Total time:0.2s。瞬態(tài)分析設(shè)置四、求解設(shè)置湍流模型選擇：選用對(duì)大分離

4、流動(dòng)捕捉能力較好的分離渦湍流模型，即SST-DES。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(jì)算域設(shè)置四、求解設(shè)置計(jì)算域：導(dǎo)入流體介質(zhì)；該算例沒(méi)有旋轉(zhuǎn)域，故其他保持默認(rèn)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7.5m/s，其余保持默認(rèn)，如下圖所示。編輯【Zone】中的Sym，在下方的TYPE中選擇symmetry，保持默認(rèn)。編輯【Zone】中的out，在下方的TYPE中選擇p

5、ressure-out，保持默認(rèn)。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(chǎng)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(cè)值設(shè)置監(jiān)測(cè)值設(shè)置四、求解設(shè)置監(jiān)測(cè)值設(shè)置監(jiān)測(cè)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(jì)算結(jié)果文件。單擊【File】【Load Result】，讀取Fluent計(jì)算結(jié)果。五、結(jié)果分析迭代殘差收斂曲線五、結(jié)果分析流場(chǎng)分析-壓力分布云圖對(duì)水翼NACA12進(jìn)行非定常計(jì)算可知，水翼NACA1

6、2在零度攻角均勻來(lái)流的條件下，對(duì)稱翼型表面壓力分布呈現(xiàn)出完全對(duì)稱的特征；繞流流場(chǎng)中壓力分布也呈現(xiàn)出完全對(duì)稱的特征。壓力呈對(duì)稱分布翼型表面壓力分布完全對(duì)稱五、結(jié)果分析流場(chǎng)分析-速度矢量分布圖流體向翼型上下兩側(cè)表面排擠由流場(chǎng)速度分布及流線分布圖可知，水翼NACA12在零攻角均勻來(lái)流的條件下，翼型前緣產(chǎn)生駐點(diǎn)；流體在翼型的排擠作用下向翼型上下兩側(cè)表面流動(dòng)，并在翼型尾部產(chǎn)生局部繞流低壓；由于NACA12水翼是對(duì)稱翼型，且來(lái)流攻角為零，此時(shí)，雖然雷諾數(shù)達(dá)到6.6e5，但流動(dòng)狀態(tài)仍較為均勻。渦帶結(jié)構(gòu)五、結(jié)果分析流場(chǎng)分析-渦量場(chǎng)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(jì)算資源限制，流體域計(jì)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(chǎng)結(jié)構(gòu)有限，小尺度結(jié)構(gòu)不能明顯的反映出來(lái)。若要深入研究后翼型繞流流場(chǎng)尺度信息，可在上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上進(jìn)一步加密網(wǎng)格即可。六、總結(jié)六、總結(jié)對(duì)NACA12水翼在零攻角下，來(lái)流參考雷諾數(shù)為6.6萬(wàn)的翼型繞流流動(dòng)在Fluent18.0平臺(tái)是進(jìn)行非定常數(shù)值計(jì)算可知，翼型的流場(chǎng)特征與定常計(jì)算的流場(chǎng)特征幾乎相同，為此，可以說(shuō)明該對(duì)稱翼型在零攻角下，較低雷諾數(shù)的來(lái)流條件下，其流場(chǎng)幾乎是穩(wěn)定的。翼型的流場(chǎng)特征呈現(xiàn)出完全對(duì)稱的特征，即速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)關(guān)于翼型弦長(zhǎng)對(duì)稱。但通過(guò)非定常計(jì)算可以看到，來(lái)流在繞流翼型流動(dòng)之后，會(huì)產(chǎn)生一系列渦帶結(jié)構(gòu)