不可压缩外部空气动力学：稳态 RANS 法
以下章节介绍使用稳态 RANS 方法估计不可压缩流的外部气动/流体动力载荷的准则。
当域中最大马赫数小于 0.2–0.3 时以及非稳态尾流效应不重要时，此方法有效。
| 注 | 如果非稳态尾流效应重要，则使用 DES、LES 或 URANS 方法。 |
推荐的域设置
- 使用六面体或“子弹形状”远场边界，其域范围大约为 8–10 个体的长度或较大机翼距离体的跨距，二者以较大者为准。 此边界上的网格尺寸可能较大，它通常为体长度的阶次。
- 对于上游和横向边界使用速度入口边界条件类型
- 对于下游边界使用压力出口边界条件。
- 对于无侧滑的情况，使用具有对称平面的半体。 注意将对称平面网格增长与体网格的网格增长相匹配。
- 可选：通常通过更改远场边界条件的流向（而不是更改体的方向）来定义攻角/侧滑。
推荐的物理设置
要使用稳态 RANS 方法设置不可压缩外部空气动力模型，按顺序选择以下物理模型：
| 组合框 | 模型 |
|---|---|
| 空间 | 三维 |
| 时间 | 稳态 |
| 材料 | 选择适合模拟的材料模型。 |
| 流体 | 分离流 |
| 状态方程 | 恒密度 |
| 粘滞态 | 湍流 |
| 湍流 | 雷诺平均纳维-斯托克斯（自动选择） |
| 可实现 K-Epsilon 或 Spalart-Allmaras |
要选择特定的湍流模型，从以下内容进行选择：
- 可实现 K-Epsilon 模型为首选模型，特别是结尾处存在钝边界时更是如此。 low y+(低 y+) 或 all y+(全 y+) 边界处理可与此模型一起使用，具体取决于网格。
存在复杂几何突起和/或发生钝体分离时，此模型效果最佳。
- Spalart-Allmaras 湍流模型可用于无较大底部分离区域的简化几何情况。
此模型最适合相连边界层或轻微分离的流体（即：以失速或低于失速流经机翼的流体）。
推荐的网格设置
对于此类问题，实践证明多面体网格和切割体网格十分有效。
在任一情况下，均需遵循良好网格化实践的典型规则，这一点十分重要。 网格应提供正确的几何求解和流场特征，以及良好的网格单元质量。
例如，加密网格时：
- 需围绕升力面、控制表面和其他突起的前缘和尾缘进行。
- 在升力面和控制表面的尖端上加密，以捕捉在这些位置脱离的涡流。
- 在体/升力面接点处加密。
- 可对钝体尾流进行求解。
- 在翼型前缘上进行加密。 如有可能，在这些区域上使用定位面网格。
- 如果可行，使用至少两个网格单元来对薄钝体前缘或其他薄的阶梯状突起进行求解。
| 注 | 外部空气动力学模拟可能对表面几何表示的质量敏感。 使用包面时必须格外小心，接点/相交必须能够生成平滑且定义明确的边。 只要可能，首选方法均应从干净的 CAD 几何和旁路包面开始。 |
多面体网格
- 多面体具有远离体平滑增长的优势。
- 由于平滑增长行为，当空气动力系数至关重要时，多面体通常为首选项。
- 由于面的伪随机方向，当在流向（例如攻角或侧滑）上使用大型扫掠时，多面体通常会比切割体网格的效果更佳。
- 典型多面体网格包含 200 万到 2000 万个网格单元，具体取决于几何和流场的复杂程度以及近壁处理。
- 使用体积增长率，并将增长率设置在 1.05 和 1.15 之间。
| 注 | 将体积控制和多面体网格一起使用时应注意：如果在表面上和体积控制中指定的尺寸差异明显，则网格单元尺寸可能发生突然变化。 |
切割体网格
- 如果正在对单一流向或仅对细微流体变化进行建模，则具有与流体对齐的网格线的切割体网格通常提供最有效的方法来获取合理结果。
- 典型切割体网格包含 400 万到 4000 万个网格单元，具体取决于几何和流场的复杂程度和流场以及近壁处理。
- 为了正确捕捉近场，将体积增长率设为慢或非常慢。
棱柱层
- 正确的边界层求解十分重要。 选择棱柱层的厚度，以将整个边界层包含在其中。
- 使用壁面函数比整合到壁面可能更适用，这取决于多个因素，其中包括：
- 所需精度
- 表面摩擦阻力的相对重要性
- 转换的重要性
- 平滑边界上的分离/重新连接的存在/重要性
- 为了整合到壁面，通常使用 20–30 个棱柱层，其中近壁 y+ 为 1 个。
- 对于壁面函数，通常使用 5–8 个棱柱层，其中近壁 y+ 为 50–150 个。
- 使用 Spalart-Allmaras 湍流模型时，整合到壁面（不要使用壁面函数）。