RAE2822翼型跨声速绕流的CFD计算.docx

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RAE2822翼型跨声速绕流的CFD计算

专业：

工程力学

学号：

******

姓名：

**

指导老师：

**

*********

2015/4/12

问题描述：

模型：

RAE2822翼型

来流条件：

Ma∞＝0.729，α=2.31°

计算状态：

（1）无粘绕流（欧拉方程、无附面层网格）。

（2）至少3种不同湍流模型计算粘性绕流（同一带附面层网格，y＋≈30）。

（3）采用S-A湍流模型，建立4种不同y＋的网格计算（y＋<1,y＋≈10,y＋≈30,y＋≈50）。

（4）对y＋≈50的网格，额外采用流场求解网格自适应功能（基于压力梯度）进行计算。

第一章物理模型

1.1RAE2822翼型

将RAE2822翼型点导入CATIA，扫描得到翼型曲线如下。

图1.1

1.2计算参数

来流条件：

Ma∞＝0.729，α=2.31

来流压力和温度：

P=101325Pa，T=300K

第二章网格划分及求解器设置

2.1网格划分

2.1.1无附面层网格划分

本文使用Gridgen软件作为网格生成器，并采用结构网格进行划分。

远场边界上下、左侧距离约为弦长10倍，向后远场范围设置为翼型弦长15倍。

在翼型上下弧线分别布节点100，减小两端节点间距，在翼面附近进行适当加密。

分块生成domain。

图2.1无附面层网格

2.1.2带附面层网格划分

对于考虑粘性的计算模型。

需要建立附面层，附面层第一层厚度通过Y+公式计算。

对于给定y+，可以得到对应第一层厚度如下：

y+

ds（m）

0.8

0.0000033

10

0.0000419

30

0.0001259

50

0.0002099

网格划分以y+=30为例。

在翼型上下弧线及尾迹上分别布置100节点，并在翼型两端进行适当加密。

使用extrude生成附面层网格，共15层，初始厚度设置为0.1259mm，增长率为1.1。

按无附面层网格划分方式设置外围流场边界。

布置节点，生成结构网格。

生成体。

图2.2带附面层网格

2.2求解器及边界条件设置

将流动分析求解程序设置为2DFLUENT。

边界条件设置如下：

外围设置为压力远场，上下翼面设置为wall。

输出能被FLUENT读入的文件。

第三章CFD设置

对于亚音速计算条件，为可压流动，通用求解器采用密度基。

流体物理属性设置为理想气体。

求解模型根据要求的不同选择无粘，湍流模型，其中湍流模型选择了三种常用的模型，即S-A、k-e和k-o模型，均采用默认设置。

根据来流速度大小及方向设置边界条件，给定参考值，设置残差监视器及输出升阻力系数，初始化后进行计算。

第四章计算结果及分析

4.1无粘模型计算

求解模型选择Inviscid，采用默认设置，将压力系数结果导入Tecplot进行后处理，与实验结果对比如下：

图4.1无粘绕流计算结果与实验数据对比

如图所示，无粘模型下表面的计算结果与实验数据吻合较好，上表面则存在较大差距。

说明“无粘”的假设不能很好的模拟壁面附件的流动，上表面流速增大，静压减小，使得上下表面压差增大，数值计算所得升力明显大于实际升力。

4.2不同湍流模型计算结果比较

为比较不同湍流模型对计算结果的影响，使用同一带附面层网格（y+=30），分别采用S-A，k-e及k-w进行数值模拟。

计算结果与实验数据对比如下：

图4.2不同湍流模型计算结果与实验数据对比

由图中可以看出，三种湍流模型在下表面都能较好吻合。

至于上表面，S-A模型的结果优于k-e模型优于k-o模型。

说明湍流模型的选用，对于计算结果会有较大影响。

对于二维跨声速可压流动，S-A模型能够更好的模拟其粘性流动状态。

Spalart-Allmaras模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出很好的效果。

4.3不同附面层厚度计算结果比较

图4.3不同边界层厚度网格结算结果对比

从图中可以看出，在y＋<1,y＋≈10y＋≈30,y＋≈50时，对于S-A湍流模型y+的选取对计算的结果影响不是很大。

在允许的情况下可以选取较大的y+，从而减少计算时间。

考虑到网格密度，计算时间的问题，使用y＋≈50能得到相对合理的结果。

4.4采用网格自适应功能求解

对于y+=50的网格，采用自适应功能后，与未自适应所得数据及实验结果进行对比分析。

自适应后的网格如下所示：

图4.4自适应后的网格

图5.4是否采用网格自适应功能所得数据及实验结果对比

从图中可以看出，对于y+=50的计算模型，在采用了自适应技术后，发现网格在激波产生和激波消失处都有了明显的加密。

对于压力系数的比较可以发现两次压力系数值并没有明显变化，采用了自适应技术后并没有明显的增益，说明原网格在处理该问题时精度已达到。

第五章总结

通过对RAE2822翼型在不同湍流模型，不同条件下的计算，并与实验结果进行对比分析，可以发现，选用无粘模型进行计算时，翼型下表面压力系数值与实验值非常接近，上表面则差别较大，主要原因在于无粘模型忽略了气体粘性，而在激波处近壁面流动内速度梯度很大，与假设模型存在很大差异；对同一y+采用不同湍流模型的计算结果对比中，可以看出对于该翼型，S-A模型的假设更为合理，计算值与实验值更为接近；对于采用同一湍流模型（S-A模型），y+对于其计算结果影响不大，为了计算效率，采用y+=50的网格更为合理；最后采用网格自适应功能对y+=50的网格进行加密，网格在激波产生及消失位置有了明显改善，但是计算所得压力数值没有明显变化，因而原网格精度已达到。

但是所有计算结果在前缘位置仍与实验结果有较大差距，