本案例演示利用ANSYS CFX计算NACA0012翼型外流场的基本流程。 

1 问题描述

本案例计算模型如图所示。

来流速度为0.7 Ma，攻角1.55°。可根据等熵条件计算压力与温度。

式中，p0为总压，101325 Pa；P为静压；γ为比容比，对于空气γ=1.4；M为马赫数，0.7；带入公式可得到：

故可计算得到静压值p=73048 Pa。

对于温度，满足：

式中，T0为总温，311 K；T为静温；γ=1.4；M为马赫数，0.7；带入公式可得到：

因此计算得到静温T=283.24 K。

2 CFX设置

2.1 启动CFX

• 启动CFX，如下图所示设置Work Directory，点击按钮CFX-Pre启动CFX

• 点击工具栏按钮New Case打开设置对话框，选择General项，点击按钮OK新建Case

2.2 导入计算网格

• 选择菜单File → Import → Mesh…打开文件选择对话框

• 如下图所示选择网格文件naca0012.cfx，点击OK按钮导入网格文件

导入模型如图所示。

2.3 计算区域设置

• 鼠标双击模型树节点Default Domain打开区域设置面板

• 进入Basic Settings标签页，如下图所示设置Material为Air Ideal Gas，设置Reference Pressure为73048 Pa

注：这里考虑的流体是可压缩的，其密度取决于绝对压力。选择的参考压力以确保求解导到的静压值与压力变化量相比不太大，以减少舍入错误。

• 进入Fluid Models标签页，设置Heat Transfer Option为Total Energy，指定湍流模型为Shear Stress Transport，点击OK按钮关闭面板

注：Total Energy可以考虑高速流体产生的气动热。

2.4 创建坐标系

• 选择菜单Insert → Coordinate Frame插入坐标系

• 采用默认名称Coord 1

• 如下图所示指定坐标系参数(考虑攻角1.15°)

注：这里其实也可以不用定义，在后面输入边界值的时候直接按分量给也行。

2.5 边界条件设置

1、添加边界inlet

• 右键选择节点Default Domain，选择弹出对话框Insert → Boundary插入边界

• 如下图所示指定边界名称为inlet，点击OK按钮打开设置面板

• 进入面板Basic Settings标签页，设置Boundary Type为Inlet，指定Location为inlet，激活选项Coordinate Frame，选择坐标系为Coord 1，如下图所示

• 进入Boundary Details标签页，如下图所示指定速度分量及Static Temperature为283.34 K，点击OK按钮关闭对话框

2、插入出口边界outlet

• 插入边界

• 指定边界名称为outlet

• 如下图所示指定边界位置

• 指定出口边界压力为0 Pa

3、壁面边界

• 插入边界airfoil

• 如下图所示指定边界位置，其他参数保持默认设置

4、定义对称边界

• 插入边界 sym1

• 插入边界sym2

注：CFX中计算二维模型必须定义对称边界

2.6 指定求解监控

• 点击按钮Output Control弹出设置对话框

• 如下图所示定义监测变量Lift Coef，force_x_Coord 1()@airfoil * 2 / (massFlowAve(Density)@inlet*(massFlowAve(Velocity)@inlet)^2*0.6 [m]* 1[m])

• 如下图所示定义监测变量Drag Coef，force_z_Coord 1()@airfoil * 2 / (massFlowAve(Density)@inlet *
(massFlowAve(Velocity)@inlet)^2*0.6 [m]* 1[m])

2.5 设置求解控制参数

• 鼠标双击模型树节点Solver Control弹出参数设置面板

• 指定最小迭代次数100，最大迭代次数为200，如下图所示

• 点击工具栏按钮Define Run

• 如下图所示设置文件存储路径并保存文件

软件会自动打开求解管理器。

2.6 求解计算

• 如下图所示设置并行计算参数，指定CPU数量，点击按钮Start Run开始求解计算

• 监测得到的升力系数与阻力系数变化曲线

• 计算完毕后如下图所示，选中选项Post-Process Results，点击OK按钮打开CFD-Post进行后处理

3 计算结果

3.1 Y+分析

• 查看Y+值范围

注：CFX中，SST模型要求将第一层网格节点放置于粘性子层内，y+<2

• 创建多段线Airfoil Curve

• 绘制多段线上Y+分布

• 定义表达式p/(0.5*massFlowAve(Density)@inlet*(massFlowAve(Velocity)@inlet)^2)

• 定义变量Pressure Coef

• 绘制压力系数沿翼型分布，

• 与实验值对比

• 速度云图分布

• 压力云图分布

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相关文件：

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