CFD之道

基础理论 · 软件案例 

工程应用 · 行业动态

本案例利用Fluent计算RAE 2822翼型跨音速流动，并对计算得到的升力系数与阻力系数进行验证。

1

案例描述

如下图所示，自由来流以攻角2.79°，速度0.73马赫流过RAE 2822翼型。计算为二维、可压缩（跨音速）及湍流流动。RAE 2822翼型的几何结构如图所示，该翼型弦长为1米，最大厚度D为0.121米。

案例采用隐式密度基求解器，选用SST k-ω湍流模型，计算稳态流动。

介质属性：

• Fluid: Air

• Density: Ideal Gas

• Viscosity: 1.983x10-5 kg/m-s

• Thermal conductivity: 0.0242 W/m-K

• Molecular Weight: 28.966 g/mol

• Specific Heat: 1006.43 J/kg-K

翼型参数：

• Chord length = 1 m

• Maximum thickness = 0.121 m

边界条件：

• The inlet conditions are:

• Mach number = 0.73

• Re = 6.5E6

• Static pressure = 43765 Pa

• Inlet temperature = 300 K

• Turbulent intensity = 0.05 %

• Turbulent viscosity ratio = 10

2

Fluent设置

• 以2D、Double Precision启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Case...打开文件VMFL017_r2822-1.cas.gz

2.1 General设置

• 双击模型树节点General

• 右侧面板激活选项Density-Based启动密度基求解器

注：密度基求解器特别适合于求解高速可压缩流动

2.2 Models设置

• 如下图所示激活Energy能量方程

• 如下图所示激活SST k-omega湍流模型

注：对于壁面粘性非常重要的问题模拟（如本案例中的阻力、升力模拟），采用SST k-omega湍流模型非常合适，此模型要求壁面Y+接近于1，需要非常细密的边界层网格。本案例也可以采用Spalart-Allmaras模型。

2.3 Materials设置

• 双击模型树节点Materials > fluid > air弹出材料设置对话框

• 按下图所示修改材料参数

注：常用ideal-gas模型来模拟气体的可压缩性。

2.4 Cell Zone Conditions

为了划分网格方便，将计算域分成了两个，其中一个为三角形网格区域，另一个为四边形网格区域。这里需要确认两个计算区域的流体介质均为air。

2.5 Boundary Conditions

本案例仅有两个边界需要设置：farfield_in及farfield_out。其他边界可采用默认设置。

1、farfield_in设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > farfield_in，如下图所示设置入口条件

注：表压数据通过高度进行换算，流动分量通过三角函数计算攻角得到。cos2.79°=0.9988147，sin2.79°=0.04867544。

2、farfield_out设置

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > farfield_out，如下图所示设置出口条件

2.6 Reference Values设置

• 鼠标双击模型树节点Reference Values，右侧面板选择Compute from下拉列表项为farfield_in

注：参考值主要用于计算升阻力系数。

2.7 Methods设置

• 双击模型树节点Solution > Methods，右侧面板按下图所示进行设置

2.8 Report Definitions

• 右键选择模型树节点Report Definitions，点击弹出菜单项New → Force Report → Drag...

• 弹出对话框中如下图所示进行设置

• 同理设置升力系数定义，注意Force Vector与阻力系数不同

2.9 Report Plots

• 右键选择模型树节点Report Plots > New...

• 弹出对话框中如下图所示进行设置，选中列表框中的cd-1及cl-1，点击按钮Add>>将其添加至右侧列表框中

2.10 Methods设置

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示进行设置

2.11 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

2.12 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculations，右侧面板设置Number of Iterations为500，点击按钮Calculate开始计算

3

计算结果

• 马赫数分布

• 压力系数分布

• 压力系数沿翼型分布曲线

• 监测得到的升阻力系数

• TUI窗口中的升阻力系数

可以看出，计算得到的升力系数约为0.78113，阻力系数约为0.016099。

与实验值比较结果如表所示。

从比较结果来看，计算值与实验值较为吻合，如果想要获取更高精度的计算结果，可尝试加密计算网格。

相关资料

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道