fluent如何模拟零升攻角
但是,接触了两个星期,发现自己掌握的只是一个普通的模型。如果真的涉及到空气动力学,那就难了。
目前总结一下这两周的学习成果:
简化模型
模型的简化非常重要,关系到网格划分和求解时间,进而影响计算的精度。笔者认为应该根据自己的实践经验进行简化。比如一个不懂飞机设计的人给他一个飞机模型,他可能会把机翼简化成平板。当然,这是个笑话。就笔者而言,目前曝光的所有无人机,机身轮廓都差不多。所以我觉得简化机身还是有必要的,但是机身和机翼的连接处还是比较重要的。妥善保管。但是,简化也不能太多。需要适当增加一些外挂的迎风面积。由于无人机实际飞行过程中的干扰和寄生阻力,笔者不敢保证自己能计算的这么准确。
求解器的选择
目前对这方面了解不多,先记录几点。
根据物体的速度和大小特征计算雷诺数,判断流过其中的气流是湍流还是层流。必须考虑空气粘度。我在一本书上看到,由于忽略了空气粘性的存在,计算结果与实际相差8%左右。还有来流攻角的问题。在FLUENT中,来流攻角的问题转化为速度矢量,也就是被动转化为主动,不难理解。但是,之前几次,阻力都是负的。百度后他们说是因为力的矢量设置错误。你可以自己画一个矢量三角形,想一想。
网格划分
之前笔者一直用workbench自带的分割器来分割。可以想象,对于简单的对象,这就足够了。但对于无人机,作者由于网格问题,有发散的残值,导致随着迭代步数的变化,升阻系数有正负变化,数值增加了一万多倍。可想而知。目前正在学习icem(越学越觉得自己无知),希望很快可以随意画格子。
求解时间
其实解的时间越长越准确,因为大家都知道收敛和发散。有些计算在达到一定误差值时可以使用,只需观察其收敛性,有些结果随着求解时间的增加并不准确,这是计算机精度问题造成的。
5.流场体积
这一点笔者也深有体会。首先,流场的体积大致是10倍于要计算的对象的大小。但是看完书发现流场区域的大小也影响解的精度。你可以想一想,一架787在空中飞行时,周围的气流随着它的变化有多大,所以在计算机NB的情况下,越大越好,网格可以随着大小由密变疏。
这周学习了一周的icem网格划分,终于可以为翼型画出更好的边界层网格了。但是还有一个小问题,就是翼型前缘网格映射不理想,把网格文件导入fluent总是失败。(后来发现翼型前缘与线无关。)
Icem的网格划分方法真的很抽象,映射和拓扑都没接触过。但现在我差不多明白了,对于三维实体来说,block代表的是某个区域的网格分布。
文件保存:
分格的时候我没有存钱的好习惯。如果电脑死机,你在划分网格格式的时候也有一定几率死机,所以一定要养成这个习惯,这样也会让接下来的分析更快。
网格质量:
网格质量好意味着这个分析的结果可信度高(毕竟是模拟分析,会有误差),所以需要对自己划分的网格进行标准检验。
网格数控制
经过两个星期的断断续续的推测,作者终于可以画出简单机翼的边界层网格了。但是,发现了另一个问题,那就是网格节点的分布。一般来说,边界层网格是由E #%%函数控制的。首先确定整个目标线上的节点数,然后确定边界层增长率,再确定最小节点尺寸。不相关的部分一般由b #%%函数控制,即平均分布。
在绘制一个分析模型的网格时,首先要确定网格需要控制多少,这是由计算机配置决定的。因为作者不是土豪,所以网格节点一般控制在50万以下。然后确定是否需要边界层网格,需要多少层。因为这部分网格不好计算。然后通过加减乘除来确定网格节点的分布。
四面体网格
笔者很快接触到了四面体网格的画法,这个画法源于之前看到的关于无人机气动分析的论文。其中的学生使用了四面体网格和5层的边界层厚度。今天经过计算发现,网格质量难以控制,生成速度慢。但是可以直接导入到fluent中,不需要转换。
有攻角时fluent计算模型结果的失真
这段时间我们一直在尝试用fluent解决来流攻角的问题,但是结果和没有攻角没有太大区别,完全没有可信度。目前的分析与这些因素有关:
网格质量
边界层数
求解器设置错误(就是它)
飞机模型求解模型的选择
目前所有关于网格的问题终于告一段落,我已经学习流利两个多月了。其中复习了{空气与气体动力学导论},看了很多关于fluent和icem的书。现在已经可以画出有一定难度的平面网格,但是在解决模型选择上又有一个问题。
因为课程都是亚音速飞机的气动计算,所以都选择了压力稳定求解器,spalart-allmaras方程的湍流模型和远场压力进气道。作者采用了k-ε双方程的湍流模型,速度入口和压力出口。
第一阶段总结
作者接触icem fluent快4个月了,到目前为止他终于可以解决低雷诺数无人机的气动分析,以及一些简单的后处理。但是我总觉得应该不用这么久。现将无人机的气动分析概述如下:
注意:最好在每个步骤完成后保留一份备份。
简化模型
列出可靠的算法(有风洞数值对比)并与之有相似性。
验证算法,包括网格独立性验证、Y+计算实验、升阻力矩系数、某一截面压力分布对比,允许一定范围内的误差。
拿上面的经验,做网格对比和Y+迭代,划分网格(如果几何简单,划分结构网格,如果复杂,就是非结构网格),计算第一层网格的大小,根据硬件配置尽量把网格数控制在某个临界值内。
网格划分初期,计算域一般至少为10倍特征长度,不可压进气道可以稍微靠近模型。
检查网格质量2*2*2标准尽可能大于0.2,角度尽可能大于18度。有必要平滑网格。
一般采用spalart-allmaras湍流方程、理想粘性气体和松弛因子,并经过尝试调整。
目前连续方程不收敛,但如果升阻系数收敛,结果可以认为是可信的。
后期处理,对比实际体验。导入ansys后处理软件,提取所需参数。(第一阶段结束)
Icem使用技能总结
这段时间作者的任务比较多,所以我接触到的模型都只是一些简单的轮廓模型,但是我发现要想高效的画网格,有时候还是要动动脑子的(感觉像废话)。总的来说,不要墨守成规,比如一个奇怪的水管。非奇怪的地方可以通过网格拉伸生成,把奇怪的地方分块会容易很多。
目前正在尝试一种飞翼模型。作者先用结构网格画出来。经过多次调整,当网格数保持在200w左右时,网格质量大于0.35,可以说相当不错了。但笔者在求解过程中发现很难收敛。一夜之间尝试解决问题后,收敛步骤数约为4000步。分析可能是以下原因:
网格数量超过计算机负荷,导致求解过程缓慢。
这个模型包含机身,流程比较复杂。
相邻网格之间的体积间隙太大。
墙上网格节点分布不合理。
以上原因暂时无法验证,所以笔者尝试绘制非结构化场网格,控制网格数(非结构化求解在相同网格数下较慢)。