fluent處理三維機(jī)翼數(shù)據(jù)及用相關(guān)軟件繪制三維翼型過程

1、 三維翼型擾流實(shí)驗(yàn)報(bào)告 -2008011722李凌堯（說明: 因排版原因，文中部分圖形較小可拖大，另外對(duì)應(yīng)不同word排版可能稍改變）l 目的意義研究了凹凸結(jié)節(jié)的分布規(guī)律對(duì)平板舵的水動(dòng)力性能及失速角的影響，為前緣凹凸結(jié)節(jié)機(jī)翼的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。l 模型的建立說明：對(duì)于截圖，左側(cè)為相應(yīng)設(shè)置，右側(cè)為ANSYS顯示。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼做法同理，此報(bào)告僅以凹凸機(jī)翼的做法為例作說明。2.1點(diǎn)的選擇 生成NACA0020數(shù)據(jù)點(diǎn)，file中打開讀入data文件。2.2 凹凸舵點(diǎn)線面的生成輸入點(diǎn)坐標(biāo)，連接相應(yīng)點(diǎn)生成曲線，如圖：再根據(jù)曲線建立面2.3生成流域輸入點(diǎn)坐標(biāo)、連接相應(yīng)點(diǎn)生成曲線，由相應(yīng)曲線建立面，然后再生

2、成體如圖：2.4生成新的part關(guān)閉點(diǎn)和線以及體，只留面。選擇part-create part。關(guān)于面選擇見下框：創(chuàng)建名為POINTS的新Part，關(guān)閉線和面，選擇所有點(diǎn)創(chuàng)建名為CURVES的新Part，關(guān)閉點(diǎn)和面，選擇所有線保存File-Geometry-Save Geometry As設(shè)定速度入口命名為INLET設(shè)定出口命名為OUTLET選擇面 設(shè)定速度入口命名為TOP選擇面設(shè)定速度入口命名為BOTTOM選擇面 設(shè)定壁面命名為WALL1選擇面設(shè)定壁面命名為WALL2選擇面 定義機(jī)翼表面名稱WING1選擇面 名稱WING2選擇面名稱WING3選擇面 名稱WING4選擇面 (說明：在后面flu

3、ent設(shè)置中WALL1，WALL2也設(shè)為流出面)l 塊的劃分及網(wǎng)格的生成3.1全選流域，生成block如下圖所示：3.2切block點(diǎn)擊葉片上的一點(diǎn)，點(diǎn)擊要切的邊，共切3次；同理反方向且兩次；然后在另一方向切兩次，切后結(jié)果如下圖：3.3擠壓block選擇對(duì)應(yīng)的邊和塊擠壓，圖示為一例擠壓情況：對(duì)機(jī)翼及整個(gè)流域相應(yīng)的地方擠壓完成后如圖：3.4刪除機(jī)翼內(nèi)部的塊。3.5生成Y型網(wǎng)格 （選擇Y-block）4和5兩步結(jié)束后其結(jié)果如下圖：3.6切邊界層選邊界層厚度為0.004，可以通過平移機(jī)翼上下表面的點(diǎn)來準(zhǔn)確得到邊界層的厚度。平移圖中所示的點(diǎn)： 點(diǎn)確定后，平移，其邊界層形成后，整體效果如下圖所示：更改邊

4、界相對(duì)厚度edge A：Parameter=0.4；edge B: Parameter=0.63.7移動(dòng)要求的Vertices移動(dòng)所要求的部分2點(diǎn)使網(wǎng)格質(zhì)量較高，不出現(xiàn)小于14度的網(wǎng)格。（移動(dòng)時(shí)Y，Z選定）使其它的點(diǎn)在x方向與平移的點(diǎn)位置相同，在上下都將點(diǎn)平移，并且與它對(duì)稱的點(diǎn)也要進(jìn)行x方向的平移。平移結(jié)果正視如下圖：3.8 關(guān)聯(lián)所要求的點(diǎn)和線將模型中的點(diǎn)關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)上，方形流域上的點(diǎn)也要關(guān)聯(lián)，機(jī)翼表面的曲線關(guān)聯(lián)后變成如下圖：可見，關(guān)聯(lián)的邊變成綠色，接下來再關(guān)聯(lián)流域的曲線，全部關(guān)聯(lián)完成之后如下圖：3.9布置網(wǎng)格點(diǎn)這里，僅選取一例作為演示如下：（說明：對(duì)稱邊的radio和spacing作相應(yīng)調(diào)

5、換）為了作出高質(zhì)量的網(wǎng)格，左邊的選項(xiàng)（nodes，spacing，radio，MAX space）根據(jù)相應(yīng)的線做適當(dāng)?shù)奶顚?。網(wǎng)格點(diǎn)全部布置完后點(diǎn)pre-mesh如下圖所示：填充后幾個(gè)方向網(wǎng)格顯示： 3.10對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢查凹凸機(jī)翼： 分別對(duì)determinants和angles兩個(gè)方面進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如下：Min= 0.711 Max=1（Min0.5符合要求）Min angles=16.11°（最小角度大于15°）并且，網(wǎng)格總數(shù)在39萬左右。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼：分別對(duì)determinants和angles兩個(gè)方面進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如下：Min=0.754 Max=1 (Min0

6、.5符合要求)Min angles=15.84° （最小角15°）并且，網(wǎng)格總數(shù)大約在40萬左右。綜上，凹凸機(jī)翼和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼網(wǎng)格質(zhì)量符合要求，可進(jìn)行計(jì)算。3.11 輸出Mesh文件輸出mesh文件，然后選擇fluent-v6，選擇output，彈出對(duì)話框后按指示保存文件，最后生成名為fluent的網(wǎng)格文件，如圖所示： l FLUENT設(shè)置4.1將網(wǎng)格文件導(dǎo)入到FLUENT（相應(yīng)的設(shè)置按照以下步驟進(jìn)行操作）4.2 Viscous Model：（選擇k-epsilon，RNG）4.3 Materials：（ Zone Conditions: Material Name選擇Wate

7、r-liquid，其它選默認(rèn)）4.4 Cell zone conditions4.5 Boundary Conditions：WING1 ,WING2,WING3,WING4均設(shè)置為WALLINLET,TOP，BOTTOM，Wall1,Wall2處均設(shè)置為velocity inlet（Radio為2，X,Y速度根據(jù)角度而定，如：a=0°，X-v=cos0°=1，Y-v=sin0°=0）4.6 Solution Methods：選擇SIMPLE算法（其它選項(xiàng)默認(rèn)）4.7 設(shè)置Residual Monitors：（equations對(duì)應(yīng)數(shù)值改為0.00001）4.8

8、drag-of ，lift-of，moment-of：（wing14選擇，選擇print，plot，write，右側(cè)選擇wing1，wing2，wing3，wing4）4.9 Initiate：（Compute from選擇inlet，Reference Frame選擇Absolute）4.9 Calculation(迭代收斂，其步驟大致設(shè)為1000步，根據(jù)最后曲線收斂視情況可選擇是否補(bǔ)充計(jì)算，最好算到曲線收斂為止）l 后處理5.1 Reportsforces（1）導(dǎo)出force及moments值（阻力時(shí)X，Y分別表示對(duì)應(yīng)角度下的速度；升力時(shí)為-Y，X；moments都為0，如a=0°

9、;，阻力時(shí)X=1，Y=0；升力時(shí)X=-0，Y=1；力矩X=0，Y=0）對(duì)應(yīng)讀出不同攻角下的升力、阻力、力矩、升力系數(shù)、阻力系數(shù)、力矩系數(shù)，繪制在不同攻角下的升力系數(shù)，阻力系數(shù)，力矩系數(shù)，升阻比曲線。（2）凹凸機(jī)翼：這里，用Excel處理數(shù)據(jù)，且用Excel擬合數(shù)據(jù)，其表格如下圖所示：角度阻力D阻力系數(shù)CD升力L升力系數(shù)CL力矩M力矩系數(shù)CM升阻比CL/CD01.46161972.3863179-0.13678355-0.22332008-0.02329714-0.03803615-0.0935835461.83911023.00262895.00344148.1688840.189796770

10、.309872282.720577291123.05161314.982225510.61112317.3242830.479614880.78304473.477217761185.22900718.537154416.50092526.9402860.884303531.44376093.155651724249.150352414.93935120.00382432.6593051.47388042.40633542.1861260913014.15087423.10346823.9357739.0788082.17234763.54668991.691469353619.3825373

11、1.64495926.44370543.1733952.71756734.43684451.364305607將表中數(shù)據(jù)運(yùn)用excel曲線擬合如下：橫坐標(biāo)表示攻角，縱坐標(biāo)表示對(duì)應(yīng)數(shù)值。由升力和升力系數(shù)曲線，可見曲線在18°到24°其增長(zhǎng)不光順，于是可以初步的確定失速角處于這個(gè)范圍內(nèi)，接下來分別計(jì)算21°，20°以及22°進(jìn)一步確定失速角。這里，為了進(jìn)一步找準(zhǔn)失速角前后的變化，對(duì)20°，21°和22°攻角再補(bǔ)充計(jì)算，其結(jié)果綜合如下：角度阻力D阻力系數(shù)CD升力L升力系數(shù)CL力矩M力矩系數(shù)CM升阻比CL/CD01.461

12、61972.3863179-0.13678355-0.2233201-0.02329714-0.03803615-0.0935835461.83911023.00262895.00344148.1688840.189796770.309872282.720577291123.05161314.982225510.61112317.3242830.479614880.78304473.477217761185.22900718.537154416.50092526.9402860.884303531.44376093.155651724206.198182810.11948218.3324692

13、9.9305611.0405411.69884242.957716709216.856320811.19399318.93944230.9215381.13651581.85553592.762333155227.966910213.007218.56051430.302881.32526452.16369712.329700474249.150352414.93935120.00382432.6593051.47388042.40633542.1861260913014.15087423.10346823.9357739.0788082.17234763.54668991.691469353

14、619.38253731.64495926.44370543.1733952.71756734.43684451.364305607將表中數(shù)據(jù)運(yùn)用excel曲線擬合如下：從表中不難發(fā)現(xiàn)曲線的極值點(diǎn)出現(xiàn)在20°到22°之間，特別觀察曲線在20°到21°明顯是上升的趨勢(shì)，21°到22°明顯有一個(gè)下降趨勢(shì)，可認(rèn)為21°即對(duì)應(yīng)的極大值，所以綜上數(shù)據(jù)擬合，認(rèn)為凹凸機(jī)翼失速角是21°（說明：圖中excel數(shù)據(jù)擬合曲線不是很明顯，從表中數(shù)據(jù)可以較明顯看到變化）。（3）標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼同上面的凹凸機(jī)翼的尋找失速角的方式，按照上述方法計(jì)算其

15、數(shù)據(jù)，首先不難發(fā)現(xiàn)失速角大致在18°到24°之間，然后補(bǔ)充算21°，發(fā)現(xiàn)21°相對(duì)18°仍舊下降，于是再補(bǔ)充算19°，20°角的相應(yīng)數(shù)據(jù)。Excel表格記錄如下（包括失速角及其兩側(cè)數(shù)據(jù)）角度阻力D阻力系數(shù)CD升力L升力系數(shù)CL力矩M力矩系數(shù)CM升阻比CL/CD01.52144192.4839868-0.0015209-0.00152088-0.00022277-0.000363712-0.0006122761.8594963.03591184.71444667.69705570.16890430.275762122.5353

16、35743122.92372064.77342149.938134116.2255250.431659540.704750263.399139452184.84596157.911773915.09087524.6381630.794630061.29735523.114113638195.29406918.643378115.75429125.7212910.876197921.43052722.975837769206.542456410.68156114.91276224.3473661.13813131.85817352.279382761248.507086213.8891216.5

17、9901227.1004281.3840572.25968491.9511983483013.03695421.28482220.32587933.1851081.98638213.24307281.5590972763618.33067829.92763823.47446838.3256632.5480884.16014371.280611019將表中數(shù)據(jù)擬合成曲線如下圖所示：從表中不難發(fā)現(xiàn)曲線的極值點(diǎn)出現(xiàn)在18°到20°之間，特別觀察曲線在18°到19°明顯是上升的趨勢(shì)，19°到20°明顯有一個(gè)下降趨勢(shì)，可認(rèn)為19°即對(duì)

18、應(yīng)的極大值，所以綜上數(shù)據(jù)擬合，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)翼失速角是19°（說明：圖中excel數(shù)據(jù)擬合曲線不是很明顯，從表中數(shù)據(jù)可以較明顯看到變化）。（4）對(duì)比說明原因：機(jī)翼失速原因是當(dāng)迎流超過臨界迎角（攻角）后，翼型上表面邊界層將發(fā)生嚴(yán)重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行，失速本質(zhì)上并非指飛機(jī)速度不足，而是指流經(jīng)翼面的氣流速度不足，不足以平滑地流動(dòng)到后緣而形成紊流的情況。于是，當(dāng)機(jī)翼前緣成凹凸?fàn)顣r(shí)，可見其臨界攻角是變大了，前緣凹凸的作用是使氣流的分離時(shí)間相對(duì)增長(zhǎng)，在相對(duì)大的迎角時(shí)，前緣向下偏轉(zhuǎn)，減小機(jī)翼的迎角，延遲氣流分離的時(shí)間，避免飛機(jī)的失速。所以由這次的實(shí)驗(yàn)綜合可知，前緣的凹凸是有助于減緩機(jī)翼的失速現(xiàn)象。5.2機(jī)翼上下表面的壓力系數(shù)云圖5.3 Vectors機(jī)翼上下表面以及機(jī)翼兩側(cè)剖面的速度矢量線，任意波峰，波谷或平衡位置全流域剖面速度矢量線：機(jī)翼上下表面及兩側(cè)剖面速度矢量線圖1/8波長(zhǎng)，全流域速度矢量線圖波峰處全流域速度矢量線圖平衡位