fluent螺旋槳水動力分析實例

2016-08-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

第一步是網(wǎng)格劃分

六面體的網(wǎng)格比四面體的網(wǎng)格在數(shù)值耗散方面有更好的精度,兩個優(yōu)勢:減少數(shù)值耗散(精度高)、收斂性好;所以網(wǎng)格方面我們首選純六面體網(wǎng)格。

PS:4119型的螺旋槳,劃分全六面體網(wǎng)格還是比較容易的,下面幾張圖片是樓主劃分網(wǎng)格的示意圖,過幾天的時候我在把螺旋槳創(chuàng)建塊的思路發(fā)上來和大家討論,今天主要介紹螺旋槳的水動力計算。
螺旋槳槳葉及輪轂

槳葉的處理,由于槳葉是圓形的,這里一定要加一個C網(wǎng)才能保證網(wǎng)格質(zhì)量

輪轂的處理,輪轂的兩個頭是圓形和錐形的,這里樓主采用的Y網(wǎng)
尾端

前端

網(wǎng)格質(zhì)量,雅閣比矩陣可以大于0.3以上

網(wǎng)格最小角度,9度以上

網(wǎng)格數(shù)量,單是旋轉(zhuǎn)計算域,網(wǎng)格數(shù)量接近300W

如果用四面體網(wǎng)格的話,要達(dá)到相同的精度,四面體網(wǎng)格的數(shù)量大約是六面體網(wǎng)格數(shù)量的3倍以上,這個數(shù)據(jù)是對比機(jī)翼繞流分析時得到的。

第二步時求解器的選擇

可些入門級的朋友在選擇CFX和Fluent求解器時會有猶豫,分不清兩個求解器的優(yōu)劣,這里談下樓主對兩個求解器的理解。

在功能方面,兩個求解器基本上是一致的,流動傳熱、輻射、多相流、化學(xué)反應(yīng)及燃燒、動網(wǎng)格等等,兩個求解器都可以實現(xiàn)。

在算法方面,Fluent的求解方法是最全的,包括基于壓力和基于密度的求解器,而CFX僅僅一種求解器,類似于FLuent里面的基于壓力的耦合求解器(能夠求解全范圍的流動,從低速到超聲速)。

在收斂性方面,在網(wǎng)格、模型、邊界條件一致的情況下,似乎CFX的收斂性要比Fluent強(qiáng)一些,但是,無論哪個求解器,你一定不能單純的查看殘差曲線來判斷收斂,一定要有全局的量最為參照,換句話說,即使殘差值符合標(biāo)準(zhǔn),得到的結(jié)果也不一定是收斂的。

在應(yīng)用領(lǐng)域方面,CFX在旋轉(zhuǎn)機(jī)械、流固耦合兩個方面是有絕對優(yōu)勢的,它的前身就是專門做旋轉(zhuǎn)機(jī)械的,這兩點毋庸置疑。但是涉及到多相流、化學(xué)反應(yīng)的問題,一般使用FLuent會多一些(個人感覺Fluent里面模型的選擇比CFX要清晰,方便一些,精度方面并沒有參考數(shù)據(jù)說明哪個好哪個壞)。

如果算螺旋槳的話,建議使用CFX。

第三部,計算域及模型的設(shè)置
我選取計算的工況是進(jìn)速比0.833,空泡數(shù)為2.05.
CFX提供了現(xiàn)成的計算空化的模板,在創(chuàng)建新的分析時,我們選擇現(xiàn)成的模板,見下圖

選擇相應(yīng)的空化模型的模板

之后的工作就是定義計算域與邊界條件了

這里我們要創(chuàng)建兩個計算域,包含螺旋槳網(wǎng)格的旋轉(zhuǎn)域和與之連接的靜止計算域

下面是兩個計算域交界面的設(shè)置,

在上圖的第二個選項處,有兩種選擇方法,第一種是frozen rotor選項,我們計算旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)態(tài)問題時,要選擇這個選項,如果我們要計算螺旋槳在旋轉(zhuǎn)整個周期的所有位置的狀態(tài),那么我們要采用瞬態(tài)的算法,這個地方就有有一個 transient rotor的選項,可以實現(xiàn)計算域的旋轉(zhuǎn)。
還有一個pitch change選項,這里由于我們劃分的網(wǎng)格是全通道的,選擇none就可以了

接下來要設(shè)置計算域,我們要得到螺旋槳的空化結(jié)果,這里我們分兩步走,第一步是計算不帶空化的流場;第二步是以第一步的計算結(jié)果為初值,把空化模型激活

第一步,不帶空化的設(shè)置

這里我們把質(zhì)量傳遞選擇none就可以了。

下面是邊界條件的設(shè)置,我們采用CEL來設(shè)置