1、RAE2822翼型跨声速绕流的CFD计算RAE2822翼型跨声速绕流的CFD计算专业:工程力学学号:*姓名:*指导老师:*2015/4/12问题描述:模型:RAE2822翼型来流条件:Ma0.729,=2.31计算状态:(1)无粘绕流(欧拉方程、无附面层网格)。(2)至少3种不同湍流模型计算粘性绕流(同一带附面层网格,y30)。(3)采用S-A湍流模型,建立4种不同y的网格计算(y1, y10, y30, y50)。 (4)对y50的网格,额外采用流场求解网格自适应功能(基于压力梯度)进行计算。第一章 物理模型1.1 RAE2822翼型将RAE2822翼型点导入CATIA,扫描得到翼型曲线如下
2、。图1.11.2 计算参数来流条件:Ma0.729,=2.31来流压力和温度:P=101325Pa,T=300K第二章 网格划分及求解器设置2.1网格划分2.1.1 无附面层网格划分本文使用Gridgen软件作为网格生成器,并采用结构网格进行划分。远场边界上下、左侧距离约为弦长10倍,向后远场范围设置为翼型弦长15倍。在翼型上下弧线分别布节点100,减小两端节点间距,在翼面附近进行适当加密。分块生成domain。图2.1 无附面层网格2.1.2 带附面层网格划分对于考虑粘性的计算模型。需要建立附面层,附面层第一层厚度通过Y+公式计算。对于给定y+,可以得到对应第一层厚度如下:y+ds(m)0.
3、80.0000033100.0000419300.0001259500.0002099网格划分以y+=30为例。在翼型上下弧线及尾迹上分别布置100节点,并在翼型两端进行适当加密。使用extrude生成附面层网格,共15层,初始厚度设置为0.1259mm,增长率为1.1。按无附面层网格划分方式设置外围流场边界。布置节点,生成结构网格。生成体。图 2.2 带附面层网格2.2 求解器及边界条件设置将流动分析求解程序设置为2D FLUENT。边界条件设置如下:外围设置为压力远场,上下翼面设置为wall。输出能被FLUENT读入的文件。第三章 CFD设置对于亚音速计算条件,为可压流动,通用求解器采用密
4、度基。流体物理属性设置为理想气体。求解模型根据要求的不同选择无粘,湍流模型,其中湍流模型选择了三种常用的模型,即S-A、k-e和k-o模型,均采用默认设置。根据来流速度大小及方向设置边界条件,给定参考值,设置残差监视器及输出升阻力系数,初始化后进行计算。第四章 计算结果及分析4.1 无粘模型计算求解模型选择Inviscid,采用默认设置,将压力系数结果导入Tecplot进行后处理,与实验结果对比如下:图4.1 无粘绕流计算结果与实验数据对比如图所示,无粘模型下表面的计算结果与实验数据吻合较好 ,上表面则存在较大差距。说明“无粘”的假设不能很好的模拟壁面附件的流动,上表面流速增大,静压减小,使得
5、上下表面压差增大,数值计算所得升力明显大于实际升力。4.2 不同湍流模型计算结果比较为比较不同湍流模型对计算结果的影响,使用同一带附面层网格(y+=30),分别采用S-A,k-e及k-w进行数值模拟。计算结果与实验数据对比如下:图 4.2 不同湍流模型计算结果与实验数据对比由图中可以看出,三种湍流模型在下表面都能较好吻合。至于上表面,S-A模型的结果优于k-e模型优于k-o模型。说明湍流模型的选用,对于计算结果会有较大影响。对于二维跨声速可压流动,S-A模型能够更好的模拟其粘性流动状态。Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的,主要是墙壁束缚流动,而且已经显示出很好的效果。4
6、.3不同附面层厚度计算结果比较图 4.3不同边界层厚度网格结算结果对比从图中可以看出,在y1, y10 y30, y50时,对于S-A湍流模型y+的选取对计算的结果影响不是很大。在允许的情况下可以选取较大的y+,从而减少计算时间。考虑到网格密度,计算时间的问题,使用y50能得到相对合理的结果。4.4 采用网格自适应功能求解对于y+=50的网格,采用自适应功能后,与未自适应所得数据及实验结果进行对比分析。自适应后的网格如下所示:图 4.4 自适应后的网格图 5.4 是否采用网格自适应功能所得数据及实验结果对比从图中可以看出,对于y+=50的计算模型,在采用了自适应技术后,发现网格在激波产生和激波
7、消失处都有了明显的加密。对于压力系数的比较可以发现两次压力系数值并没有明显变化,采用了自适应技术后并没有明显的增益,说明原网格在处理该问题时精度已达到。第五章 总结通过对RAE2822翼型在不同湍流模型,不同条件下的计算,并与实验结果进行对比分析,可以发现,选用无粘模型进行计算时,翼型下表面压力系数值与实验值非常接近,上表面则差别较大,主要原因在于无粘模型忽略了气体粘性,而在激波处近壁面流动内速度梯度很大,与假设模型存在很大差异;对同一y+采用不同湍流模型的计算结果对比中,可以看出对于该翼型,S-A模型的假设更为合理,计算值与实验值更为接近;对于采用同一湍流模型(S-A模型),y+对于其计算结果影响不大,为了计算效率,采用y+=50的网格更为合理;最后采用网格自适应功能对y+=50的网格进行加密,网格在激波产生及消失位置有了明显改善,但是计算所得压力数值没有明显变化,因而原网格精度已达到。但是所有计算结果在前缘位置仍与实验结果有较大差距,
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