fluent处理三维机翼数据及用相关软件绘制三维翼型过程.docx
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fluent处理三维机翼数据及用相关软件绘制三维翼型过程
三维翼型扰流实验报告
---2008011722李凌尧
（说明:
因排版原因，文中部分图形较小可拖大，另外对应不同word排版可能稍改变）
目的意义
研究了凹凸结节的分布规律对平板舵的水动力性能及失速角的影响，为前缘凹凸结节机翼的优化设计奠定了基础。
模型的建立
说明：
对于截图，左侧为相应设置，右侧为ANSYS显示。
对于标准机翼做法同理，此报告仅以凹凸机翼的做法为例作说明。
2.1点的选择
生成NACA0020数据点，file中打开读入data文件。
2.2凹凸舵点线面的生成
输入点坐标，连接相应点生成曲线，如图：
再根据曲线建立面
2.3生成流域
输入点坐标、连接相应点生成曲线，由相应曲线建立面，然后再生成体如图：
2.4生成新的part
关闭点和线以及体，只留面。
选择part---createpart。
关于面选择见下框：
创建名为POINTS的新Part，关闭线和面，选择所有点
创建名为CURVES的新Part，关闭点和面，选择所有线
保存File---Geometry---SaveGeometryAs
设定速度入口命名为INLET
设定出口命名为OUTLET选择面
设定速度入口命名为TOP选择面
设定速度入口命名为BOTTOM选择面
设定壁面命名为WALL1选择面
设定壁面命名为WALL2选择面
定义机翼表面
名称WING1选择面
名称WING2选择面
名称WING3选择面
名称WING4选择面
（说明：
在后面fluent设置中WALL1，WALL2也设为流出面）
块的划分及网格的生成
3.1全选流域，生成block
如下图所示：
3.2切block
点击叶片上的一点，点击要切的边，共切3次；同理反方向且两次；然后在另一方向切两次，切后结果如下图：
3.3挤压block
选择对应的边和块挤压，图示为一例挤压情况：
对机翼及整个流域相应的地方挤压完成后如图：
3.4删除机翼内部的块。
3.5生成Y型网格（选择Y-block）
4和5两步结束后其结果如下图：
3.6切边界层
选边界层厚度为0.004，可以通过平移机翼上下表面的点来准确得到边界层的厚度。
平移图中所示的点：
点确定后，平移，其边界层形成后，整体效果如下图所示：
更改边界相对厚度edgeA：
Parameter=0.4；edgeB:
Parameter=0.6
3.7移动要求的Vertices
移动所要求的部分2点使网格质量较高，不出现小于14度的网格。
（移动时Y，Z选定）
使其它的点在x方向与平移的点位置相同，在上下都将点平移，并且与它对称的点也要进行x方向的平移。
平移结果正视如下图：
3.8关联所要求的点和线
将模型中的点关联到对应的点上，方形流域上的点也要关联，机翼表面的曲线关联后
变成如下图：
可见，关联的边变成绿色，接下来再关联流域的曲线，全部关联完成之后如下图：
3.9布置网格点
这里，仅选取一例作为演示如下：
（说明：
对称边的radio和spacing作相应调换）
为了作出高质量的网格，左边的选项（nodes，spacing，radio，MAXspace）根据相应的线做适当的填写。
网格点全部布置完后点pre-mesh如下图所示：
填充后几个方向网格显示：
3.10对网格质量进行检查
凹凸机翼：
分别对determinants和angles两个方面进行检查，检查结果如下：
Min=0.711Max=1（Min＞0.5符合要求）
Minangles=16.11°（最小角度大于15°）
并且，网格总数在39万左右。
标准机翼：
分别对determinants和angles两个方面进行检查，检查结果如下：
Min=0.754Max=1（Min＞0.5符合要求）
Minangles=15.84°（最小角＞15°）
并且，网格总数大约在40万左右。
综上，凹凸机翼和标准机翼网格质量符合要求，可进行计算。
3.11输出Mesh文件
输出mesh文件，然后选择fluent-v6，选择output，弹出对话框后按指示保存文件，最后生成名为fluent的网格文件，如图所示：
FLUENT设置
4.1将网格文件导入到FLUENT（相应的设置按照以下步骤进行操作）
4.2ViscousModel：
（选择k-epsilon，RNG）
4.3Materials：
（ZoneConditions:
MaterialName选择Water-liquid，其它选默认）
4.4Cellzoneconditions
4.5BoundaryConditions：
WING1,WING2,WING3,WING4均设置为WALL
INLET,TOP，BOTTOM，Wall1,Wall2处均设置为velocityinlet（Radio为2，X,Y速度根据角度而定，如：
a=0°，X-v=cos0°=1，Y-v=sin0°=0）
4.6SolutionMethods：
选择SIMPLE算法（其它选项默认）
4.7设置ResidualMonitors：
（equations对应数值改为0.00001）
4.8drag-of，lift-of，moment-of：
（wing1~4选择，选择print，plot，write，右侧选择wing1，wing2，wing3，wing4）
4.9Initiate：
（Computefrom选择inlet，ReferenceFrame选择Absolute）
4.9Calculation（迭代收敛，其步骤大致设为1000步，根据最后曲线收敛视情况可选择是否补充计算，最好算到曲线收敛为止）
后处理
5.1Reports—forces
（1）导出force及moments值（阻力时X，Y分别表示对应角度下的速度；升力时为-Y，X；moments都为0，如a=0°，阻力时X=1，Y=0；升力时X=-0，Y=1；力矩X=0，Y=0）
对应读出不同攻角下的升力、阻力、力矩、升力系数、阻力系数、力矩系数，绘制在不同攻角下的升力系数，阻力系数，力矩系数，升阻比曲线。
（2）凹凸机翼：
这里，用Excel处理数据，且用Excel拟合数据，其表格如下图所示：
角度
阻力D
阻力系数CD
升力L
升力系数CL
力矩M
力矩系数CM
升阻比CL/CD
0
1.4616197
2.3863179
-0.13678355
-0.22332008
-0.02329714
-0.03803615
-0.09358354
6
1.8391102
3.0026289
5.0034414
8.168884
0.18979677
0.30987228
2.720577291
12
3.0516131
4.9822255
10.611123
17.324283
0.47961488
0.7830447
3.477217761
18
5.2290071
8.5371544
16.500925
26.940286
0.88430353
1.4437609
3.155651724
24
9.1503524
14.939351
20.003824
32.659305
1.4738804
2.4063354
2.186126091
30
14.150874
23.103468
23.93577
39.078808
2.1723476
3.5466899
1.69146935
36
19.382537
31.644959
26.443705
43.173395
2.7175673
4.4368445
1.364305607
将表中数据运用excel曲线拟合如下：
横坐标表示攻角，纵坐标表示对应数值。
由升力和升力系数曲线，可见曲线在18°到24°其增长不光顺，于是可以初步的确定失速角处于这个范围内，接下来分别计算21°，20°以及22°进一步确定失速角。
这里，为了进一步找准失速角前后的变化，对20°，21°和22°攻角再补充计算，其结果综合如下：
角度
阻力D
阻力系数CD
升力L
升力系数CL
力矩M
力矩系数CM
升阻比CL/CD
0
1.4616197
2.3863179
-0.13678355
-0.2233201
-0.02329714
-0.03803615
-0.09358354
6
1.8391102
3.0026289
5.0034414
8.168884
0.18979677
0.30987228
2.720577291
12
3.0516131
4.9822255
10.611123
17.324283
0.47961488
0.7830447
3.477217761
18
5.2290071
8.5371544
16.500925
26.940286
0.88430353
1.4437609
3.155651724
20
6.1981828
10.119482
18.332469
29.930561
1.040541
1.6988424
2.957716709
21
6.8563208
11.193993
18.939442
30.921538
1.1365158
1.8555359
2.762333155
22
7.9669102
13.0072
18.560514
30.30288
1.3252645
2.1636971
2.329700474
24
9.1503524
14.939351
20.003824
32.659305
1.4738804
2.4063354
2.186126091
30
14.150874
23.103468
23.93577
39.078808
2.1723476
3.5466899
1.69146935
36
19.382537
31.644959
26.443705
43.173395
2.7175673
4.4368445
1.364305607
将表中数据运用excel曲线拟合如下：
从表中不难发现曲线的极值点出现在20°到22°之间，特别观察曲线在20°到21°明显是上升的趋势，21°到22°明显有一个下降趋势，可认为21°即对应的极大值，所以综上数据拟合，认为凹凸机翼失速角是21°（说明：
图中excel数据拟合曲线不是很明显，从表中数据可以较明显看到变化）。
（3）标准机翼
同上面的凹凸机翼的寻找失速角的方式，按照上述方法计算其数据，首先不难发现失速角大致在18°到24°之间，然后补充算21°，发现21°相对18°仍旧下降，于是再补充算19°，20°角的相应数据。
Excel表格记录如下（包括失速角及其两侧数据）
角度
阻力D
阻力系数CD
升力L
升力系数CL
力矩M
力矩系数CM
升阻比CL/CD
0
1.5214419
2.4839868
-0.0015209
-0.00152088
-0.00022277
-0.000363712
-0.00061227
6
1.859496
3.0359118
4.7144466
7.6970557
0.1689043
0.27576212
2.535335743
12
2.9237206
4.7734214
9.9381341
16.225525
0.43165954
0.70475026
3.399139452
18
4.8459615
7.9117739
15.090875
24.638163
0.79463006
1.2973552
3.114113638
19
5.2940691
8.6433781
15.754291
25.721291
0.87619792
1.4305272
2.975837769
20
6.5424564
10.681561
14.912762
24.347366
1.1381313
1.8581735
2.279382761
24
8.5070862
13.88912
16.599012
27.100428
1.384057
2.2596849
1.951198348
30
13.036954
21.284822
20.325879
33.185108
1.9863821
3.2430728
1.559097276
36
18.330678
29.927638
23.474468
38.325663
2.548088
4.1601437
1.280611019
将表中数据拟合成曲线如下图所示：
从表中不难发现曲线的极值点出现在18°到20°之间，特别观察曲线在18°到19°明显是上升的趋势，19°到20°明显有一个下降趋势，可认为19°即对应的极大值，所以综上数据拟合，认为标准机翼失速角是19°（说明：
图中excel数据拟合曲线不是很明显，从表中数据可以较明显看到变化）。
（4）对比说明原因：
机翼失速原因是当迎流超过临界迎角（攻角）后，翼型上表面边界层将发生严重的分离，升力急剧下降而不能保持正常飞行，失速本质上并非指飞机速度不足，而是指流经翼面的气流速度不足，不足以平滑地流动到后缘而形成紊流的情况。
于是，当机翼前缘成凹凸状时，可见其临界攻角是变大了，前缘凹凸的作用是使气流的分离时间相对增长，在相对大的迎角时，前缘向下偏转，减小机翼的迎角，延迟气流分离的时间，避免飞机的失速。
所以由这次的实验综合可知，前缘的凹凸是有助于减缓机翼的失速现象。
5.2机翼上下表面的压力系数云图
5.3Vectors机翼上下表面以及机翼两侧剖面的速度矢量线，任意波峰，波谷或平衡位置全流域剖面速度矢量线：
机翼上下表面及两侧剖面速度矢量线图
1/8波长，全流域速度矢量线图
波峰处全流域速度矢量线图
平衡位置处全流域速度矢量线图
5.4机翼表面的流线分布图
5.5标准机翼剖面与凹凸机翼表面任意一个波长内的平衡位置，波峰，1/8波长（凸出部分）处的Cp：
1/8波长处Cp图
波峰处Cp图
平衡位置处Cp图
5.6WallFluxes----Wall-ShearStress：
5.7标准机翼剖面与凹凸舵的剖面在任意波长内，波峰，平衡位置，1/8波长（凸出部分）处的剪应力分布
1/8处剪应力分布图
波峰处剪应力分布图
平衡位置处剪应力分布图
5.8标准机翼与凹凸舵的剖面在任意波长内，波峰，平衡位置，1/8波长（凸出部分）处流场
1/8波长处流场
波峰处流场
平衡位置流场
综上fluent作业合21页
2011.5.19
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