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)計院系：專業(yè)：班級：學號：姓名：指導老師：CFD課程設(shè)計說明書目錄第一章緒論31.1 ANSYS軟件介紹31.2 主要內(nèi)容3第二章模型建立42.1ICEM建立模型及導出42.2 劃分網(wǎng)格5第三章Fluent計算73.1設(shè)置參數(shù)計算7第四章FLUENT計算結(jié)果及處理1018摘要此次課程設(shè)計是利用ANSYS軟件中的ICEM和Fluent求解器計算不同迎角下，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，計算結(jié)束后，利用tecplot軟件繪制Cy-a,Cy-Cx,Mz-Cy曲線，得出CyO,

2、最大升阻比等氣動力特征參數(shù)。關(guān)鍵詞ICEMFluenttecplot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，是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序，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)計中的高級CAD工具之一。在此次的課題中，主要用到其中的ICEM及Fluent部分。1.2 主要內(nèi)容本次課程設(shè)計的主要內(nèi)

3、容就是通過CATIA建立多端翼型幾何模型，通過fluent解算器進行有限元分析，從而得到該組合體的一些相關(guān)的氣動數(shù)據(jù)。此次課程設(shè)計的重點在于模型的建立，通過CATIA建立基礎(chǔ)的模型，然后導入到ANSYS.ICEM中進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。完成之后導入到fluent解算器設(shè)置屬性，相關(guān)參數(shù)等，然后進行計算不同迎角下的多段翼型的相關(guān)氣動參數(shù)及壓力云圖分布情況。第二章模型的建立2.1ICEM建立模型及導出首先使用profili生成翼型的幾何文件，在profili中選擇翼型，選擇NACA0012，弦長設(shè)置為200mm，并將其導入ICEM中進行處理，在翼型前緣繪制前緣

4、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2.1ICEM幾何模型繪制2.2 劃分網(wǎng)格ICEM中對二維圖形劃分網(wǎng)格需要對圖形進行分塊，選擇blocking選項卡，點擊豳進行創(chuàng)建塊操作，命名為FLUID，并選擇2DPlanar,點擊Apply完成操作。圖2.2創(chuàng)建塊之后需要根據(jù)幾何圖形對塊進行劃分使用ICEM中塊劃分的操作先創(chuàng)建一個O-Block,將整個翼型包圍在其中，由于整個翼型被分為三段，再使用塊劃分將O-Block劃分為五個小塊。對block（塊）進行劃分完畢之后，需要將block的edge（邊）和對應(yīng)的幾何元素建立映射關(guān)

5、系，再blocking選項卡中選擇“，隨后點擊associateedgetocurve，將edge與對應(yīng)的線建立關(guān)聯(lián)。BlockingAssociationsEditAssociationsApplpOKDismiss圖2.3建立映射映射關(guān)系確立之后，通過blocking下的Pre-MeshingParams對edge劃分節(jié)點，節(jié)點劃分完畢之后就可以進行網(wǎng)格預(yù)覽，并進行網(wǎng)格質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量不錯，就可以選擇output選項將其導入到fluent中進行計算了。Pre-HehParamsI-Sp1LirkedFldtio1圖2.4節(jié)點劃分圖2.5網(wǎng)格劃分及關(guān)聯(lián)mm圖2.6網(wǎng)格預(yù)覽0.2030.

6、40.50.6O.S0.9jetenninant.ZxZKZ.圖2.7網(wǎng)格質(zhì)量檢查第三章Fluent計算3.1設(shè)置參數(shù)計算1）定義網(wǎng)格打開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MeshWasCreatedIn下拉列表中選擇mm，點擊scale，然后關(guān)閉。選擇Check，檢查網(wǎng)格，MinimumVolume應(yīng)大于1。Solver框里的VelocityFormulation中選擇Relative。(2)定義求解模型選擇Models-Viscous，雙擊，選擇Spalart-allmaras(1eqn)模型。圖3.1求解

7、器模型選擇Materials，定義材料，默認為空氣，在編輯菜單中的Density中選擇Idel-gas,Viscosity欄中選擇sutherland，在彈出的菜單中選擇0K,點擊Change/Create，然后點擊Close關(guān)閉。OrderMaterals乃NameairairEdit,0.0242Edit.ClosHlpXCreate/EditMaterials=luent.ChefincalFtrmdaPropertiENtEricITypefljdnoneDensity(kg)Cp(Spe:ificH=at)(i/kg4i)ThermaCondicti/ity(w/m-k)FuentF

8、luidMaberialsdeal-gaszcnstantzcnstantSLttierlcnd1006.43P4anieQOienicJFormulaLser-DefnedDatabase,.DeleteLhange/QeatE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，在機翼type類型中選擇wall，彈出對話框點擊ok默認。定義遠場，在入口，出口以及流場邊界三個zone的type欄中均選擇pressure-far-field，在彈出的對話框中，設(shè)置machnumber為0.

9、5，輸入來流的方向向量的二維坐標值（改變迎角），Temperature輸入300，點擊0K。in510XZoneNameGaugePressure(pascal)constantMachNumberconstantCoordinateSystemCartesianV2)X-ComponentofFlowDirectionconstantY-ComponentofFlowDirectionconstantZ-ComponentofFlowDirectionconstantTurbulenc亡SpecificstianMethodTurbulentViscossityRatioTurbulentV

10、i呂匚asit/Ratioranstart壬PressureFar-fieldUDSDPMMomentumTl-iermalRadiatianSpeciesDKGancdHelp圖3.3定義遠場4）初始化計算選擇ReferenceValues，在ComputeFrom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SolutionControls，定義松弛系數(shù)，均為默認值的一半，選擇Monitors，定義監(jiān)視器。顯示殘差曲線（默認顯示），設(shè)定各個參數(shù)的收斂殘差值為1e-3，點擊0K;顯示升力系數(shù)變化曲線，點擊Create，選擇Lift，勾選plot，在zone列表

11、中選擇機翼，點擊0K;顯示阻力系數(shù)變化曲線，點擊Create，選擇Drag，勾選plot，同樣在zone列表中選擇機翼，點擊0K;顯示力矩系數(shù)變化曲線，點擊Create，選擇Moment，勾選plot，zone選擇機翼，點擊0K。000,001aa0,001000,0011000000,0015XOptionsEquationsResidualMonitorCheckConvergenceAbsoluteCriteriacontinuityM-velocity匚urves.Axes.y-velocityItierationstoPlotz-vriodtyResidualValuesConver

12、genceCriterionabsoluteIterationstoStnreIterations1000ResidualMonitorsNarmalize0PrinttoConsole0PlotWindow圖3.4定義監(jiān)視器0KPlatRenormalizeCancelHelp0ScaleComputeLocalScale選擇SolutionInitialization，點擊Initialize初始化流場。選擇RunCalculation，在NumberofIterations欄中輸入迭代次數(shù)，這里輸入100，點擊Calculate，開始計算，在大約82步左右達到收斂要求，計算結(jié)束，改變來流

13、方向，重新計算。記錄不同來流方向下的計算結(jié)果及壓力分布云圖。第四章Fluent計算結(jié)果及處理在給定馬赫數(shù)為0.4的情況下，升力系數(shù)CI、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示：表4.1-1迎角a02468Cl0.00001340.193530.374830.515730.65839Cd0.00000330.010961-0.00351-0.024103-0.04802Cm0.015016-0.0051089-0.010204-0.014648-0.01806CICd17.656235-106.789-21.396-13

14、.710-80.476表4.1-2迎角a1012141618Cl0.554180.520750.556680.618820.67599Cd-0.0068862-0.0045904-0.0015678-0.014325-0.029479Cm-0.012397-0.011194-0.011827-0.012806-0.013745CICd-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、1