案例解析|翼型摆动cfd模拟

使用snappHexMesh工具对几何模型进行网格划分，网格为嵌套网格（如图3），分为背景网格和翼型贴体网格。 网格具体信息参数如下表1、表2所示：

表2翼型贴体网格信息参数

分析所涉及流场介质为空气，其相关物性参数如表3所示。

表3物性参数

自由流的流速（Air）设定为102m / s，分析对象为低马赫数，空气选用不可压缩介质，密度为1kg/m3，湍流模型选用kOmegaSST模型，初始边界条件设置如下表4所示：

表4初始边界条件设置

本项目为求解摆动翼型流场，湍流模型选用kOmegaSST，需分别设置对应fvSchemes离散方法，fvSolution方程求解方法，指定场函数setFieldsDict ，动网格运动参数及求解控制参数。

1.1        离散方法fvSchemes设置

ddtSchemes //时间离散格式，该项目瞬态计算采用欧拉离散Euler

{

default         Euler;

}

gradSchemes//梯度离散，采用高斯方法，有界线性插值，为二阶离散

{

default         cellLimited Gauss linear 1;

}

divSchemes//散度离散，对流项U采用带限制器高斯线性插值，为二阶离散，k、epsilon采用高斯迎风格式，为一阶离散。

{

default Gauss linear;

div(rhoPhi,U) Gauss linearUpwindV grad(U);

div(phi,alpha) Gauss vanLeer;

div(phirb,alpha) Gauss linear;

div(phi,k) Gauss upwind;

div(phi,epsilon) Gauss upwind;

div(((rho*nuEff)*dev2(T(grad(U))))) Gauss linear;

}

laplacianSchemes//拉普拉斯项离散，扩散项及压力方程离散均采用高斯理论线性插值，并带有正交修正

{

default Gauss linear corrected;

}

interpolationSchemes//插值格式，默认线性插值

{

default linear;

}

snGradSchemes//梯度法向分量，默认带有非正交修正

{

default limited 1;

}

oversetInterpolation//嵌套网格插值格式

{

    method          inverseDistance;

}

wallDist

{

    method meshWave;

}

1.2        方程求解方法fvSolution设置

solvers

{

    cellDisplacement

    {

        solver          PCG;

        preconditioner  DIC;

        tolerance       1e-06;

        relTol          0;

        maxIter         100;

    }

    p

    {

        solver          PBiCGStab;

        preconditioner  DILU;

        tolerance       1e-6;

        relTol          0.01;

                 minIter            2;

    }

    pFinal

    {

        solver          PBiCGStab;

        preconditioner  DILU;

        tolerance       1e-6;

        relTol          0;

                 minIter            2;

    }

    "(U|k|epsilon|omega)"

    {

        solver          PBiCGStab;

        preconditioner  DILU;

        tolerance       1e-8;

        relTol          0.0;

                 minIter   2;

    }

    "(U|k|epsilon|omega)Final"

    {

        $U;

        tolerance       1e-8;

        relTol          0;

                 minIter            2;

    }

}

PIMPLE

{

    momentumPredictor   true;

    correctPhi          false;

    oversetAdjustPhi    false;

    nOuterCorrectors    1;

    nCorrectors         3;

    nNonOrthogonalCorrectors 2;

    ddtCorr             true;

    checkMeshCourantNo    yes;

}

relaxationFactors

{

    fields

    {

    }

    equations

    {

        ".*"           1;

    }

}

1.3        域设置

defaultFieldValues

(

    volScalarFieldValue zoneID 123

);

regions

(

    cellToCell

    {

        set c0;

        fieldValues

        (

            volScalarFieldValue zoneID 0

        );

    }

    cellToCell

    {

        set c1;

        fieldValues

        (

            volScalarFieldValue zoneID 1

        );

    }

);

1.4        动网格参数设置

dynamicFvMesh       dynamicOversetFvMesh;

dynamicOversetFvMeshCoeffs

solver          multiSolidBodyMotionSolver;

multiSolidBodyMotionSolverCoeffs

{

    movingZone

    {

        solidBodyMotionFunction tabulated6DoFMotion;

        CofG         (0.33 -0.5 0);

        timeDataFileName "$FOAM_CASE/constant/6DoF.dat";

    }

}

1.5        求解控制参数设置

application     pimpleDyMFoam;

startFrom       startTime;

startTime       0;

stopAt          endTime;

endTime         10;  

deltaT          0.01;

writeControl    runTime;

writeInterval   0.2;

purgeWrite      0;

writeFormat     ascii;

writePrecision  10;

writeCompression off;

timeFormat      general;

timePrecision   6;

runTimeModifiable true;

adjustTimeStep  yes;

maxCo           4;

maxDeltaT       0.01;

functions

{}

（a）

（b）

 图4.     残差收敛曲线

摆动翼型10s内飞行情况：

 图5.     翼型摆动10s内嵌套网格动图

图6.    翼型摆动10s速度场动图

图7.     翼型摆动10s内压力场动图

10s内各时间段速度场如下图所示：