数值模拟的翼型气动性能优化研究.pdf
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1、第 卷第期年月杨 凌 职 业 技 术 学 院 学 报J o u r n a l o fY a n g l i n gV o c a t i o n a l&T e c h n i c a lC o l l e g eV o l N o S e p,收稿日期:作者简介:曹利刚(),男,陕西澄城人,副教授,硕士研究生,主要研究方向为电气自动化和流体力学.D O I:/j c n k i c n /G 数值模拟的翼型气动性能优化研究曹利刚(杨凌职业技术学院,陕西 杨凌 )摘要:NA C A 在小角度攻角时的气动模拟结果与实验数据基本相同,通过对襟翼D O E的多组数值模拟实验数据和翼型下方的压力分布
2、模拟图形分析得知,数值模拟的方法为翼型的气动性能优化提供了理论支持.关键词:数值模拟;翼型;气动性能;优化中图分类号:TM 文献标识码:A文章编号:()O p t i m i z a t i o no fA i r f o i lA e r o d y n a m i cP e r f o r m a n c eb yN u m e r i c a l S i m u l a t i o nC A OL i g a n g(Y a n g l i n gV o c a t i o n a l a n dT e c h n i c a lC o l l e g e,Y a n g l i n g
3、,S h a a n x i ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e a e r o d y n a m i c s i m u l a t i o nr e s u l t so fNA C A a t s m a l l a n g l eo f a t t a c ka r eb a s i c a l l y t h e s a m e a s t h e e x p e r i m e n t a l d a t a T h r o u g ht h ea n a l y s i so fs e v e r a lg r o u p so fn u m e
4、r i c a ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n t a ld a t ao ff l a pD O Ea n dt h es i m u l a t i o ng r a p h i c so f p r e s s u r ed i s t r i b u t i o nu n d e r t h e a i r f o i l,i t i sk n o w n t h a t t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o dp r o v i d e s t h e o r e t i c
5、 a l s u p p o r tf o r t h eo p t i m i z a t i o no f a i r f o i l a e r o d y n a m i cp e r f o r m a n c e K e yw o r d s:n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;a i r f o i l;a e r o d y n a m i cp e r f o r m a n c e;o p t i m i z a t i o n 前言风力机翼型的气动特性可以通过数值模拟和风洞实验的方法得到,随着流体力学和计算机的快速发展,数值模拟方法
6、已经成为一种常见的优化方法.与风洞试验相比,数值模拟主要体现出适应性强、成本低、用时短等优点,但数值模拟依赖于实验观测和理论分析.网格划分方法数值计算结果主要取决于网格划分质量的好与坏,网格点的布局是网格生成的关键.对于不规则边界非结构化网络适应性强,但是节点位置不能用一个固定的法则有序命名,网格生成的时间长,计算量大,离散方程求解速度很慢.对于结构化网络,对计算区域的几何形状要求较多,单系统中的节点排列很有规律,相邻点之间的关系清晰.本文利用H y p e r M e s h软件生成C型二维结构化网格并延展向延伸生成三维网格.设计的弦长为m,以翼型的前缘顶点为中心,左边区域选为半径是 m的半
7、圆,右边区域选为长 m,宽 m的长方形,延展向的厚度为 c m.在翼型上共布置 个点,上、下表面各 个,上、下表面法向方向都布置 个节点,尾流方向布置 个节点,展向方向布置个节点,平行网格尺寸是垂直网格尺寸的 倍.对于二维流场,进口处的给定风速为边界条件,出口处的压力为边界条件,翼型的表面是静态无滑移壁面边界.对于三维流场除设定与二维相同的条件外,还需要设置延展向翼型的两个端面的对称边界条件.NA C A 气动模拟求解过程中采用F l u e n t软件,初始条件设定为:风速 m/s,雷诺数 万,弦长m.把速度设定为进口边界,压力设定为出口边界,展向对称型边界,无滑移壁面边界.根据参考文献 对
8、同种翼型的模拟数值分析可知,S p a l a r t A l l m a r a s湍流模型是单方程模型,达到收敛所耗费的时间相对较少.该模型能更加详细的反应流动参数变化,这对于具有层流流动的固壁湍流流动有良好的易收敛性和稳定性,计算翼型的气动数值也相对更加精确.所以本文采用S A模型,模拟迎角的范围是,步长为,得到共计 组升力和阻力系数,如表所示.升力和阻力系数的实验值与模拟值比较如图所示,升阻比的实验值和模拟值比较如图所示,攻角的单位都是度.表模拟得到的升力和阻力系数迎角 升力系数 阻力系数 升阻比 图升力和阻力系数的实验值与模拟值对照图从图可以看出实线连接的菱形点代表实验值,虚线连接的
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