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小攻角下翼型分离流结构的数值研究

2012-07-10 15:05
姚看江湖
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  摘 要:利用FLUENT商用计算流体软件对小攻角下(-4°~20°)NACA4415翼型的分离流结构进行了数值模拟,计算中 方程采用二维稳态分离解法的隐式解法;湍流模型选择 模型;离散方法为二阶迎风格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法。成功的给出了翼型在小攻角下的静压分布、速度分布、升力及阻力系数曲线,对不同攻角下分离流动结构进行了详细的分析、比较,系统地给出了该翼型在分离绕流中的气动力学参数,得出该翼型分离流动结构随攻角的变化特征。

  引言

  翼型绕流分离作为绕流中常见的问题之一,一直受到了广大学者的关注,像换热器中的扰流子、船用舵、螺旋桨的桨叶,风力机的叶片等均为翼型流动问题。本文采用数值模拟的方法给出了翼型在-4°~20°小攻角范围下的静压分布、速度分布、升力及阻力系数曲线,总结了翼型分离流动结构随攻角的变化特征,为风力机翼型的气动特性研究提供了理论基础。

  1.控制方程

  湍流流动控制方程在任意曲线坐标系中可写成无量纲矢量形式

  

  其中,对应于连续方程、动量方程、能量方程、低雷诺数双方程湍流模型共六个方程, 为坐标变换Jacobian行列式。Fi为对流通矢量, 为粘性矢量, 为源项, 是雷诺数。本文假定流场定常,翼型周围工质气体不可压缩,模型计算时,湍流模型采用 低雷诺数双方程湍流模型,之所以选择此模型是因为 模型有着计算量更少,边界条件容易处理,又能适应粗糙的初始湍流流场等优点,计算翼型S809时也采用了该湍流模型,以上控制方程中考虑了可压缩湍流的影响。

  2.网格生成与离散求解格式

  计算域的边界包括翼型固壁、速度入口、自由出流出口、Interior以及固壁边界。计算域的外边界长度分别是翼型表面弦长和最大厚度的10倍距离。所采用的边界条件为:固壁表面采用无滑移条件、进口、出口和Interior面由特征相容条件所确定、计算边界由插值确定。CNWPEM.COM

  计算区域离散为非结构网格,计算区域整体为类O形网格。网格数为95202 ,翼型上、下表面均为196点,第一条网格线距翼型表面最近距离为弦长的10-4倍。计算过程中,采用了区域加密的方法,对翼型周围流场网格进一步加密。不同的来流攻角采用不同网格,以保证来流方向不变。

  cnwpem.net

  图1 NACA4415翼型 攻角时局部网格

  计算基于RANS方法,采用二维稳态分离解法的隐式解法,空间离散格式采用二阶迎风格式,压力-速度耦合采用SIMPLE解法。中国风电材料设备网

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