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多段翼型流场分析CFD课程设计院系：专业：班级：学号：姓名：指导老师：CFD课程设计说明书1目录第一章绪论..............................................31.1ANSYS软件介绍......................................31.2主要内容...........................................3第二章模型建立..........................................42.1ICEM建立模型及导出.................................42.2划分网格...........................................5第三章Fluent计算.......................................73.1设置参数计算.......................................7第四章FLUENT计算结果及处理............................10CFD课程设计说明书2摘要此次课程设计是利用ANSYS软件中的ICEM和Fluent求解器计算不同迎角下，多段翼型的升力系数，阻力系数，力矩系数以及各个状态下的流场分布情况，根据题目要求翼型选择NACA0012为对称翼型，并带有前缘襟翼以及简单襟翼，计算结束后，利用tecplot软件绘制Cy-α，Cy-Cx，Mz-Cy曲线，得出Cy0，最大升阻比等气动力特征参数。关键词ICEMFluenttecplotCFD课程设计说明书3第一章绪论1.1ANSYS软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer，NASTRAN，Alogor，I－DEAS，AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。在此次的课题中，主要用到其中的ICEM及Fluent部分。1.2主要内容本次课程设计的主要内容就是通过CATIA建立多端翼型几何模型，通过fluent解算器进行有限元分析，从而得到该组合体的一些相关的气动数据。此次课程设计的重点在于模型的建立，通过CATIA建立基础的模型，然后导入到ANSYS.ICEM中进行模型的处理以及网格包括壳网格、体网格及附面层网格的划分。完成之后导入到fluent解算器设置属性，相关参数等，然后进行计算不同迎角下的多段翼型的相关气动参数及压力云图分布情况。CFD课程设计说明书4第二章模型的建立2.1ICEM建立模型及导出首先使用profili生成翼型的几何文件，在profili中选择翼型，选择NACA0012，弦长设置为200mm，并将其导入ICEM中进行处理，在翼型前缘绘制前缘襟翼，后缘绘制简单襟翼，将翼型分为三段，并在一行外围绘制外流场，将翼型包围。外流场的几何尺寸大致为弦长的5倍。图2.1ICEM几何模型绘制2.2划分网格ICEM中对二维图形划分网格需要对图形进行分块，选择blocking选项卡，点击进行创建块操作，命名为FLUID，并选择2DPlanar，点击Apply完成操作。CFD课程设计说明书5图2.2创建块之后需要根据几何图形对块进行划分，使用ICEM中块划分的操作，先创建一个O-Block，将整个翼型包围在其中，由于整个翼型被分为三段，再使用块划分将O-Block划分为五个小块。对block（块）进行划分完毕之后，需要将block的edge（边）和对应的几何元素建立映射关系，再blocking选项卡中选择，随后点击associateedgetocurve，将edge与对应的线建立关联。图2.3建立映射CFD课程设计说明书6映射关系确立之后，通过blocking下的Pre-MeshingParams对edge划分节点，节点划分完毕之后就可以进行网格预览，并进行网格质量检查，发现网格质量不错，就可以选择output选项将其导入到fluent中进行计算了。图2.4节点划分图2.5网格划分及关联CFD课程设计说明书7图2.6网格预览图2.7网格质量检查CFD课程设计说明书8第三章Fluent计算3.1设置参数计算1）定义网格打开Fluent，选择File-Read-case，选择保存的msh网格文件，打开。在General下，选择Scale，在MeshWasCreatedIn下拉列表中选择mm，点击scale，然后关闭。选择Check，检查网格，MinimumVolume应大于1。Solver框里的VelocityFormulation中选择Relative。（2）定义求解模型选择Models-Viscous，双击，选择Spalart-allmaras(1eqn)模型。图3.1求解器模型CFD课程设计说明书9选择Materials，定义材料，默认为空气，在编辑菜单中的Density中选择Idel-gas，Viscosity栏中选择sutherland，在弹出的菜单中选择OK，点击Change/Create，然后点击Close关闭。图3.2流体材料（3）定义边界条件定义流场域材料，在zone中选择airplane，在type栏中选择fluid，及之前定义的air的fluid材料。CFD课程设计说明书10定义壁面，在机翼type类型中选择wall，弹出对话框点击ok默认。定义远场，在入口，出口以及流场边界三个zone的type栏中均选择pressure-far-field，在弹出的对话框中，设置machnumber为0.5，输入来流的方向向量的二维坐标值（改变迎角），Temperature输入300，点击OK。图3.3定义远场（4）初始化计算选择ReferenceValues，在ComputeFrom下拉栏中选择入口的part，在Area栏中输入参考面积（0.376mm2）。选择SolutionControls，定义松弛系数，均为默认值的一半，选择Monitors，定义监视器。显示残差曲线（默认显示），设定各个参数的收敛残差值为1e-3，点击OK；显示升力系数变化曲线，点击Create，选择Lift，CFD课程设计说明书11勾选plot，在zone列表中选择机翼，点击OK；显示阻力系数变化曲线，点击Create，选择Drag，勾选plot，同样在zone列表中选择机翼，点击OK；显示力矩系数变化曲线，点击Create，选择Moment，勾选plot，zone选择机翼，点击OK。图3.4定义监视器选择SolutionInitialization，点击Initialize初始化流场。选择RunCalculation，在NumberofIterations栏中输入迭代次数，这里输入100，点击Calculate，开始计算，在大约82步左右达到收敛要求，计算结束，改变来流方向，重新计算。记录不同来流方向下的计算结果及压力分布云图。CFD课程设计说明书12第四章Fluent计算结果及处理在给定马赫数为0.4的情况下，升力系数Cl、阻力系数Cd、力矩系数Cm、升阻比在0-20角度下的变化值如下表4.1-1、表4.1-2所示，并生成曲线如下图所示：表4.1-1迎角α0°2°4°6°8°Cl0.00001340.193530.374830.515730.65839Cd0.00000330.010961-0.00351-0.024103-0.04802Cm0.015016-0.0051089-0.010204-0.014648-0.01806Cl\Cd17.656235-106.789-21.396-13.710-80.476表4.1-2迎角α10°12°14°16°18°Cl0.554180.520750.556680.618820.67599Cd-0.0068862-0.0045904-0.0015678-0.014325-0.029479Cm-0.012397-0.011194-0.011827-0.012806-0.013745Cl\Cd-80.47689-113.4432-355.0707-43.19860-22.931239CFD课程设计说明书13图4.1阻力随迎角变化曲线图4.2升力随迎角变化曲线图4.3力矩系数随迎角变化曲线图4.4升阻比随迎角变化曲线在给定马赫数0.4的情况下，各迎角0-20°下（分为0°、2°、4°、6°、8°、10°、12°、14°、16°、18°）的压力云图如下图所示：CFD课程设计说明书14根据数据及图示所值可求解出升力线斜率、零升角、最大升力系数、最大升阻比如下表4.2所示表4.2CFD课程设计说明书15气动参数升力线斜率零升角最大升力系数最大升阻比数值0.0819-0.253°0.67617.66参考文献CFD课程设计说明书16[1]陈再新等.《空气动力学》.航空工业出版社2014[2]ANSYS公司.Fluent软件用户帮助.航空工业出版社2000[3]ANSYS公司.ANSYSICEM用户帮助.航空工业出版社1997