流体-翼型绕流非定常分析

1、算例来源：书籍算例制作：张正川算例校核：陈永杰关 键 词：NACA12水翼，流场分析，非定常 翼型绕流非定常分析Number：123For：ANSYS18.0 Fluent DemoTime: 2017.11.23目 录摘要翼型绕流模型网格划分求解设置结果分析总结一、摘要流体介质以一定的速度均匀流入，流体介质绕流会在绕流物尾部区域发展成为复杂的流动。这是一个经典的流体力学问题，在雷诺数不同的情况下，回流涡的形态会发生变化，可能出现分离涡。水翼绕流是常见的流动现象，也是流体力学中的基础问题，设计边界层转捩、流动分离、涡脱落及流固耦合作用等典型的流动现象。本案例分析对称翼型NACA12（之所以选取

2、对称翼型分析，是为了与相关的案例做对比）的非定常流动，研究来特定来流条件下，翼型绕流的非定常流动特点。二、翼型绕流模型二、翼型绕流模型研究对象为NACA12水翼的绕流，为对称水翼，来流攻角为0，具体物理模型如下图所示。现以ANSYS18.0作为计算平台，并以该翼型绕流为物理模型进行其非定常流动特点。参数值翼型弦长，c100mm计算域，xyz 1.5c10c1.5c来流速度，U07.5 m/s来流攻角，0关键区域网格尺度，=0.00062c雷诺数，Rec6.6e5C=100mm三、网格划分三、网格划分网格划分采用ANSYS18.0 ICEM进行网格划分InletOutletSymNo Slip

3、WallNo Slip WallNo Slip Wall翼型局部网格结构采用ICEM对翼型绕流流体计算域进行结构化网格划分，（为充分捕捉近壁区流动结构，近壁区网格尺寸为特征长度的0.1倍）。网格单元总数为129.6万，节点数为124.6万。（为了便于对比，网格数与定常计算的网格数相同）四、求解设置Fluent启动界面及网格导入四、求解设置启动：双击ANSYS18.0 Fluent，启动流体分析软件四、求解设置计算类型设置：研究对象为翼型流动非定常分析，采用瞬态流场计算，every time step:1e-3s，Total time:0.2s。瞬态分析设置四、求解设置湍流模型选择：选用对大分离

4、流动捕捉能力较好的分离涡湍流模型，即SST-DES。湍流模型选取流体介质添加四、求解设置流体介质添加：选择需要的流体介质，此算例中选择水为流体介质。计算域设置四、求解设置计算域：导入流体介质；该算例没有旋转域，故其他保持默认设置。四、求解设置边界条件设置：双击【Boundary Conditions】，编辑【Zone】中的in，在下方的TYPE中选择为velocity-inlet，将Velocity Magnitude数值改为7.5m/s，其余保持默认，如下图所示。编辑【Zone】中的Sym，在下方的TYPE中选择symmetry，保持默认。编辑【Zone】中的out，在下方的TYPE中选择p

5、ressure-out，保持默认。四、求解设置Inlet Boundary Condition四、求解设置Outlet Boundary Condition四、求解设置数值求解方法：SIMPLE数值求解四、求解设置瞬态流场初始条件初始化设置四、求解设置收敛条件设置收敛精度设置四、求解设置监测值设置监测值设置四、求解设置监测值设置监测值设置四、求解设置迭代步求解设置迭代设置五、结果分析五、结果分析读取计算结果文件。单击【File】【Load Result】，读取Fluent计算结果。五、结果分析迭代残差收敛曲线五、结果分析流场分析-压力分布云图对水翼NACA12进行非定常计算可知，水翼NACA1

6、2在零度攻角均匀来流的条件下，对称翼型表面压力分布呈现出完全对称的特征；绕流流场中压力分布也呈现出完全对称的特征。压力呈对称分布翼型表面压力分布完全对称五、结果分析流场分析-速度矢量分布图流体向翼型上下两侧表面排挤由流场速度分布及流线分布图可知，水翼NACA12在零攻角均匀来流的条件下，翼型前缘产生驻点；流体在翼型的排挤作用下向翼型上下两侧表面流动，并在翼型尾部产生局部绕流低压；由于NACA12水翼是对称翼型，且来流攻角为零，此时，虽然雷诺数达到6.6e5，但流动状态仍较为均匀。涡带结构五、结果分析流场分析-涡量场分布翼型绕流尾部区域，产生一系列不同尺度的涡带结构；在本算例中，由于计算资源限制，流体域计算网格较少，但保证了近壁区网格质量满足上述要求。最终捕捉到的翼型绕流流场结构有限，小尺度结构不能明显的反映出来。若要深入研究后翼型绕流流场尺度信息，可在上述拓扑结构上进一步加密网格即可。六、总结六、总结对NACA12水翼在零攻角下，来流参考雷诺数为6.6万的翼型绕流流动在Fluent18.0平台是进行非定常数值计算可知，翼型的流场特征与定常计算的流场特征几乎相同，为此，可以说明该对称翼型在零攻角下，较低雷诺数的来流条件下，其流场几乎是稳定的。翼型的流场特征呈现出完全对称的特征，即速度场和压力场关于翼型弦长对称。但通过非定常计算可以看到，来流在绕流翼型流动之后，会产生一系列涡带结构