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fluent如何模擬零升迎角

筆者於兩星期之前開始接觸FLUENT,在此之前壹直以為FLUENT就是壹求解器,只要參數設置得當,就可以得出比其他小型算法更加逼真的結果。故將重點放到了其英文界面上,在網上買的教程,看到(風吹樹擺)的簡單流固耦合分析案例,就以為自己瞬間掌握了FLUENT的技巧。

不過,通過兩個星期的接觸,發現自己所掌握的不過是普通的模型而已,如若真的涉及到空氣動力學那可就難了。

目前就這兩個星期的學習結果進行匯總:

簡化模型

模型的簡化至關重要,關系到網格劃分和求解時間,進壹步影響了計算的精度。筆者認為要根據自己實際經驗進行簡化,舉個例子:如果壹個不懂得飛行器設計的人給他壹飛機模型,他可能會把機翼簡化成壹平板。當然這是玩笑話,對於筆者而言,目前接觸到的都是無人機,機身輪廓大體都差不多,因此筆者認為有必要將機身進行簡化,但機身和機翼的連接處還是比較重要的要適當保留。可是簡化的不能太過了,要適當的增加壹些外掛件的迎風面積,因為無人機實際飛行時幹擾和寄生阻力,筆者可不敢保證他能算的那麽準。

求解器的選擇

目前對這壹方面筆者懂得還不是很多,就先記幾點。

根據物體的速度和尺寸特征什麽的計算好雷諾數,判斷流經其的氣流是紊流還是層流。空氣粘性必須進行考慮。看過壹本書上寫的,因為忽略了空氣粘性力的存在,計算結果與實際相差8%左右。還有就是來流迎角問題,FLUENT中將來流迎角問題轉化成速度矢量,意思就是將被動轉化為主動,這壹點不難理解。不過之前好幾次出現阻力為負值的情況,百度後他們說是因為力的矢量設置錯誤,可以自己畫個矢量三角形想想就明白了。

網格劃分

之前,筆者壹直在用workbench自帶的劃分器去劃分,妳們可以想象,對於簡單物體這也就罷了,可對於無人機而言,筆者因為網格問題出現過殘差值發散,導致升阻力系數隨著叠代步數變化正負轉變,數值增大了萬倍以上,可想而知啊。目前筆者在學習icem(越學越覺得自己無知這句話是對的),希望不久後筆者可以隨心所欲的畫網格。

求解時間

關於求解花費時間,其實並不是越長越精確,因為大家都知道收斂和發散,壹些計算到了壹定的誤差值就已經可以使用了,只要觀察其收斂就可以了,還有些結果隨著求解時間的增長而不精確,這是由於計算機精度問題導致的。

5.流場體積

這點筆者也是深有體會,剛開始流場的體積大致就是所要計算物體尺寸的10倍上下。但通過看書後發現流場區域的大小也影響著求解的精度。妳可以想想,壹架787在空中飛的時候周圍多大體積的氣流隨它而產生變化呢,因此在計算機NB的情況下盡量越大越好,網格可以隨著尺寸由密變疏。

這周筆者學習了壹周的icem劃分網格,終於可以為翼型畫質量較好的邊界層網格了。不過還是有壹個小問題,那就是翼型前緣網格映射不太理想,以及將網格文件導入fluent總是失敗。(後來發現原因竟是翼型前緣與線沒有關聯造成)

Icem劃分網格的方法確實有些抽象,映射、拓撲這些都沒有接觸過。不過現在差不多搞懂了,對於三維實體而言就是block代表著壹定區域的網格分布狀況。

文件保存:

筆者劃分網格時沒有好的保存習慣,若計算機崩潰,妳在劃分網格式有壹定幾率崩潰,所以壹定要養成這個習慣,這也會使下壹次分析時更加快捷了。

網格質量:

好的網格質量意味著本次的分析結果可信度高(畢竟是模擬分析,誤差肯定會有的),要對自己劃分的網格進行標準檢查。

網格數量控制

經過兩個星期斷斷續續的揣摩,筆者終於可以畫出簡單機翼的邊界層網格了。不過發現了又壹個問題,就是網格節點的分布狀況。壹般來說邊界層網格靠E#¥%¥%函數所控制,首先確定整個目標線條上的節點數量,之後確定邊界層增長率,接著確定最小節點尺寸。而非相關部位壹般由B#¥%¥%函數所控制,表示平均分配的意思。

在繪制壹款分析模型的網格時,首先應該確定網格需要控制在多少左右,這個由電腦配置所決定,由於筆者不是土豪所以壹般將網格節點控制在50萬以下。接著確定是否需要邊界層網格,需要多少層。因為這壹部分網格不容易計算出來。接著利用加減乘除確定網格節點分布。

四面體網格

筆者在不久接觸了四面體網格的繪制,源於之前看到的關於無人機氣動分析的論文,裏面的同學就使用四面體網格,5層的邊界層厚度。今天經過計算後發現,網格質量較不易控制,生成速度慢。但都不用轉換就可以直接導入fluent中。

關於fluent計算有迎角模型結果失真

這段時間壹直嘗試著用fluent去求解來流迎角問題,可結果壹直與無迎角差別不大,完全沒有可信性。目前分析與這幾個因素有關:

網格質量

邊界層層數

求解器設置出錯(是它)

飛機模型的求解模型選擇

目前所有關於網格的問題終於告壹段落了,學習fluent已經兩個多月了。其中復習了{空氣與氣體動力學引論},看了很多關於fluent、icem入門的書籍。現在已經可以繪制壹定難度的飛機網格了,不過在求解模型選擇上又出問題了。

由於教程講的都是亞音速工況的飛機氣動計算,他們都是選擇壓力穩式求解器,spalart-allmaras方程湍流模型,遠場壓力進口。而筆者之前用的是k-Epslion方程湍流模型,速度進口壓力出口。

第壹階段總結

筆者接觸icem fluent有快4個月了,到目前為止終於可以解決低雷諾數無人機氣動分析,以及壹些簡單的後處理了。可筆者總覺得不應該花這麽久的時間的。現將無人機氣動分析大綱列下:

註意:每步做完最好留有備份

簡化模型

列出可靠算理(須有風洞數值對比)並與其具有相似性。

驗證算理,其中進行網格無關性驗證、Y+計算實驗、算例升阻力矩系數、某壹截面處壓力分布對照,允許有壹定範圍內的誤差。

取以上經驗,進行網格相關性,Y+叠代嘗試,劃分網格(若幾何簡單劃分結構網格,若復雜則非結構網格),並算出第壹層網格尺寸,根據硬件配置盡量將網格數量控制在某壹臨界值之內。

開始進行網格劃分,計算域壹般最少10倍於特征長度,不可壓縮可以進口與模型稍微近壹些。

檢查網格質量2*2*2標準盡量大於0.2,角度盡量大於18度。有必要對網格進行光順。

壹般采用spalart-allmaras湍流方程,理想粘性氣體,松弛因子嘗試過之後進行調整。

目前連續方程不太收斂,但如果升阻力系數收斂,可以認為結果具有壹定可信性。

後處理,與實際經驗進行對比。導入ansys後處理軟件,提取所需參數。(第壹階段終結)

Icem使用技巧匯總

這段時間筆者任務較多,因此接觸到的模型只有壹些簡單輪廓的模型,但筆者從中發現,要想高效率的畫網格,有時應該動動腦筋(感覺好像廢話壹樣)。壹般情況下不要墨守成規,比如壹個內部奇異的水管,不奇異的地方完全可以用網格拉伸生成,奇異的地方再去劃分塊,會簡單不少。

目前正在試算壹飛翼模型,筆者先用結構網格繪制,經過多次調整,當網格數量保持在200w左右時,網格質量大於0.35.可以說是挺不錯的。但筆者在求解過程中發現其收斂困難。當嘗試壹通宵求解後,確定收斂步數大約4000步。分析可能是壹下原因:

網格數量超過計算機負載,導致求解過程緩慢。

此模型為包含機身,本來流動就比較復雜。

相鄰網格之間體積差距過大。

壁面網格節點分配不合理。

以上原因,壹時半會還無法進行驗證,因此筆者有嘗試繪制非結構外場網格,控制網格數量(本身相同網格數下,非結構求解慢些)。