流体-大弯度翼型绕流流场分析

1、算例来源：书籍算例制作：张正川算例校核：陈永杰关 键 词：NACA747a水翼，大弯度翼型，流场分析，非定常 大弯度翼型绕流流场分析Number：138For：ANSYS18.0 Fluent DemoTime: 2017.11.23目 录摘要大弯度翼型绕流模型网格划分求解设置结果分析总结一、摘要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。不同的翼型类别（对称翼型和非对称翼型），其绕流之后的流场特征也有所不同。本案例研究大弯度翼型NACA74系列的翼型绕流特征，即翼型最大弯度为弦长的7%。通过基于势流理论的儒可夫斯基翼型变

2、换分析可知，通过不同的型函数进行保角变换，则会产生不同的翼型型线，进而流动分离点位置、流场特征也随之改变，本案例则对大弯度翼型绕流流场进行计算分析。二、大弯度翼型绕流模型二、大弯度翼型绕流模型研究对象为NACA747a315的水翼绕流，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，并以该翼型绕流流动结构为物理模型进行研究。参数值翼型弦长，c100mm翼型弯度，最大弧高7%计算域，xyz 1.5c10c1.5c来流速度，U015 m/s来流攻角，0关键区域网格尺度，=0.00062c雷诺数，Rec13.4e5C=100mm三、网格划分三、网格划分网格划分采用ANSYS

3、18.0 ICEM进行网格划分翼型局部网格结构InletOutletSymNo Slip WallNo Slip WallNo Slip Wall采用ICEM对大弯度NACA74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115万，节点数为110.4万。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

4、设置四、求解设置湍流模型选择：选用对流动分离及小尺度流动结构捕捉能力较好的分离涡湍流模型，即DDES。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15m/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

5、【Zone】中的out，在下方的TYPE中选择pressure-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、结果分析计算残差和监测值。五、结果分析流场分析-压力分布云图对

6、水翼NACA747a315进行非定常计算可知，在攻角为0均匀来流的条件下，对翼型表面压力分布不均匀，在翼型最大弧高处有较大的压力梯度；绕流流场中翼型表面压力分布也不均匀，可以明显看出，翼型大弧度上表面压力分布不均匀，有较大的压力梯度，而下表面压力分布均匀，且压力较高，翼型上下表面压力差提供升力。压力梯度较大发生流动分离翼型上下表面压差提供升力五、结果分析流场分析-速度矢量分布图由流场速度分布及流线分布图可知，NACA747a315大弯度翼型在攻角为0均匀来流的条件下，翼型流场流速分布不均匀，且在最大弧高处产生较大的压力梯度，导致在此处开始发生流动分离；流体在翼型的排挤作用下，流体绕流翼型后，在

7、翼型前缘产生驻点，流体绕流翼型后局部速度较大，在翼型尾缘近壁区，速度较大。翼型绕流流动分布不均匀近壁区流场分布五、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。若要深入研究后大攻角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。翼型近壁区小尺度流动结构六、总结六、总结本文研究了大弯度NACA74水翼绕流的非定常流动特征，通过Fluent数值计算分析，由非定常计算结果可知，在大弯度水翼的零攻角绕流情况下，来流雷诺数为13.4万，其流动特征呈现出不同于对称翼型的流动情况。翼型表面压力分布不对称，且翼型下表面压力略高于翼型上表面压力，并且在翼型型线符合流线型时，翼型上下表面压力差的分布影响水翼的水动力学特性。但整体上，大弯度翼型与对称翼型的流场特性较为相近，即流体绕流翼型