RAE2822翼型跨声速绕流的CFD计算.docx
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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:
Ma∞=0.729,α=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,y+≈30)。
(3)采用S-A湍流模型,建立4种不同y+的网格计算(y+<1,y+≈10,y+≈30,y+≈50)。
(4)对y+≈50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
1.1RAE2822翼型
将RAE2822翼型点导入CATIA,扫描得到翼型曲线如下。
图1.1
1.2计算参数
来流条件:
Ma∞=0.729,α=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)
0.8
0.0000033
10
0.0000419
30
0.0001259
50
0.0002099
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2DFLUENT。
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。
4.3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y+<1,y+≈10y+≈30,y+≈50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y+≈50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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