1 简介

在一些CFD工程应用中（如机翼、风力机、船舶及涡轮机叶片），边界层转捩流动的模拟非常重要。

本教程中包括：

• 模型可压缩流动（使用理想的气体密度法则）
  

• 设置外部流量的边界条件

• 使用Transition SST湍流模型

• 使用全多重网格（FMG）初始化来获得更好的初始值

• 对结果进行后处理，并将其与实验数据进行比较

2 问题描述

本案例所考虑的翼型弦长1 m，分别计算攻角为13.1°情况下的流场分布（对应雷诺数分别为2.07e6）。模型几何如下图所示。

计算采用2D模型，翼型的头部为坐标原点，计算域尺寸为X方向-18 m~25 m，y方向尺寸为-18 m ~ 21.56 m，划分全四边形网格，总数量约为65536个计算网格。

注意：对于本案例计算，由于采用SST K-omega模型，因此要求壁面位置y+≈1

3 Fluent设置

3.1 启动Fluent

• 启动Fluent，激活Double Precision选项，点击OK按钮进入Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…，读取计算网格文件a_airfoil.msh

计算网格如下图所示。

3.2 Materials设置

• 双击模型树节点Materials > Fluid > air，打开材料设置对话框

• 修改Density为ideal-gas

• 点击按钮Change/Create修改材料参数

注：选择材料密度为ideal-gas后，软件自动开启能量方程。

3.3 Models设置

• 双击模型树节点Models > Viscous，弹出湍流模型选择对话框

• 选择Transition SST(4 eqn)湍流模型

注：Transition SST模型基于SST k-omega模型而开发的，额外添加了两个用于求解转捩过程的方程，计算量要比SST模型大。

3.4 Boundary Conditions

• 双击模型树节点Boudnary Conditions，右侧面板中点击按钮Operating Conditions…

• 在弹出的对话框中，设置Operating Pressure为59607.1

• 双击模型树节点Boundary Conditions > inlet，弹出压力远场条件设置对话框

• 设置Gauge Pressure为0 Pa

• 设置Mach Number为0.15

• 设置X-Component of Flow Direction为0.97398

• 设置Y-Component of Flow Direction为0.22665

• 设置Intermittency为1，设置Turbulent Intensity为1 %，设置Turbulent Viscosity Ratio为15

• 切换至Thermal标签页，设置Temperature为273 K

• 点击OK按钮关闭对话框

• 双击模型树节点Boundary Conditions > outlet，弹出压力出口条件设置对话框

• 设置Intermittency为1，设置Turbulent Intensity为1 %，设置Turbulent Viscosity Ratio为15

• 切换至Thermal标签页，设置Temperature为273 K

• 点击OK按钮关闭对话框

3.5 Method设置

• 双击模型树节点Solution > Methods，右侧面板中设置Scheme为Coupled

• 激活选项Pseudo Transient

  

3.6 Controls设置

• 双击模型树节点Solution > Controls，右侧面板中进行如图所示参数设置

3.7 初始化

• 双击模型树节点Solution > Initialization，右侧面板选择Compute from为inlet

• 点击按钮Initialize进行初始化

3.8 FMG初始化

• TUI窗口输入命令/solve/initialize/fmg-initialization yes进行FMG初始化

TUI窗口信息如下图所示。

3.9 Reference Value设置

• 双击模型树节点Reference Values，右侧面板中设置Compute from为inlet，软件自动根据入口条件设置合适的参考值

3.10 开始计算

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板中设置Number of Iterations为2000

• 点击按钮Calculate开始计算

4 后处理

4.1 各种云图查看

• 查看马赫数分布

• 压力分布

• 转捩分布

4.2 曲线图

• 壁面摩擦系数

与实验结果对比，如下图所示。

• 压力系数分布

5 进一步验证

改换SST k-omega模型进行计算，然后与转捩模型及实验数据进行比较。

• 壁面摩擦系数比较

• 压力系数比较

文件链接：https://pan.baidu.com/s/1nuHg6KT 密码：66du

参考文献：

Chaput, E., “Chapter 3: Application-Oriented Synthesis of Work Presented in Chapter II”, Notes 
on Numerical Fluid Mechanics, Vol. 58, Vieweg Braunschweig, Wiesbaden, 1997, pp. 327-346 
Langtry, R.B. and Menter, F.R., “Transition Modeling for General CFD Applications in 
Aeronautics”, AIAA 2005-522.

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道