Fluent Tutorials｜04 跨声速机翼外流场

本算例演示利用Fluent计算非零攻角下通过跨音速机翼的湍流流动。

1 问题描述

该问题考虑了迎角α= 3.06°和自由流马赫数为0.8395时绕机翼的流动。机翼上的流动状态为跨音速，在机翼的上弦(吸力面)的中弦(x/c 0.20)附近存在激波。机翼的平均气动弦长为0.64607米，翼展为1.1963米，展弦比为3.8，根梢比为0.562。机翼的几何形状如图所示。

2 网格生成

本算例利用Fluent Meshing生成计算网格。

• 进入Fluent Meshing，选择使用Watertight Geometry工作流程

工作流程节点如下图所示。

• 导入CAD几何模型
• 选择模型树节点Import Geometry
• 选择Units为mm
• 选择几何模型文件wing.scdoc

导入的几何模型如下图所示。

• 进入Add Local Sizing面板，如下图所示设置
• 设置Name为wing-facesize
• 指定Target Mesh Szie为10
• 指定几何面为wing_bottom与wing_top
• 点击按钮Add Local Sizing创建局部尺寸

注：对于本算例中的几何，其长度尺度相差较大，往往需要进行局部尺寸控制。

”

• 如下图所示指定局部尺寸wing-edge-facesize
• 指定Name为wing-edge-facesize
• 指定Target Mesh Size为2
• 指定加密边界为wing-edge

• 如下图所示指定BOI设置
• 指定Name为wing-boi
• 指定Size Control Type为Body Of Influence
• 指定Target Mesh Size为5
• 指定区域为wing-boi

• 进入节点Generate the Surface Mesh
• 设置Minimum Size为2
• 设置Maximum Size为1000
• 点击按钮Generate the Surface Mesh生成面网格

• 进入Describe Geometry节点，采用如下图所示设置

• 进入Update Boundaries节点，如下图所示设置边界类型

• 进入Update Regions节点，采用默认设置

• 进入Add Boundary Layers节点
• 指定参数Number of Layers为12
• 其他参数采用默认设置

• 进入节点Generate the Volume Mesh
• 设置Fill With为poly-hexcore
• 指定Max Cell Length为512
• 设置Check Self Proximity为yes
• 点击按钮Generate the Volume Mesh生成体网格

生成计算网格如下图所示。

机翼位置网格如下图所示。

• 利用菜单File→ Write → Mesh…保存网格文件
• Switch to Solution进入求解模式

3 Fluent设置

3.1 General设置

• General面板采用默认设置

注：涉及到高速空气动力学与激波问题时，常采用密度基求解器。不过也可以使用压力基求解器配合Coupled算法进行计算。

”

3.2 Models设置

• 如图所示，选择使用SST k-omega湍流模型

3.3 Materials设置

• 如下图所示修改材料参数
• 指定Density为ideal-gas
• 指定Viscosity为sutherland，采用默认参数

注：对于高速流动，常将物性设置为温度的函数。

”

3.4 边界条件设置

• 指定pressure_farfield的边界条件
• 指定Gauge Pressure为0 Pa
• 指定Mach Number为0.8395
• 指定X-Component of Flow Direction为0.998574
• 指定Z-Component of Flow Direction为0.053382

注：这里x方向向量为cos(3.06)，z方向向量为sin(3.06)

”

• 指定边界温度为255.56 K

3.5 指定操作压力

• 指定操作压力为80600 Pa

注：操作压力应设置为有意义的值，以避免舍入误差。对于可压缩流，绝对压力必须大于零。如果要用绝对压力来指定边界条件，可以将操作压力设置为零。

”

3.6 设置参考值

• 如下图所示设置参考值

3.7 Methods设置

• 采用默认设置

3.8 监测升阻力

• 右键选择模型树节点Report Definitions，点击弹出菜单项New → Force Report → Drag…打开定义对话框

• 如下图所示设置阻力系数监测定义

• 添加升力系数监测定义

• 如下图所示设置参数

3.8 初始化

• 采用Hybrid Initialization方法进行初始化

3.9 设置迭代参数

• 设置迭代计算150步，进行计算

• 阻力系数监测曲线

• 升力系数监测曲线

从TUI窗口可以看到升力系数为2.0013e-01，阻力系数值为1.3321e-02。

4 计算结果

• 机翼上的压力

• 创建Y=1.11 m的平面

• 平面上速度分布如下图所示

• 平面上压力分布

• 平面上马赫数分布

• 在边界wing-bottom上创建Y=1.11 m的等值线

• 在边界wing-top上创建Y=1.11 m的等值线

• 绘制两条等值线上x方向剪切应力分布曲线

• 等值线分布如图所示