分析實(shí)例“4119螺旋槳水動(dòng)力分析 ”

2017-01-12 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(gè)優(yōu)勢(shì):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(shí)候我在把螺旋槳?jiǎng)?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(dòng)力計(jì)算。
螺旋槳槳葉及輪轂

[Simwe精華]分析實(shí)例“4119螺旋槳水動(dòng)力分析 ”fluent仿真分析圖片1

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

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

尾端

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前端

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網(wǎng)格質(zhì)量,雅閣比矩陣可以大于0.3以上

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網(wǎng)格最小角度,9度以上

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

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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(gè)數(shù)據(jù)是對(duì)比機(jī)翼繞流分析時(shí)得到的。

第二步時(shí)求解器的選擇

可些入門級(jí)的朋友在選擇CFX和Fluent求解器時(shí)會(huì)有猶豫,分不清兩個(gè)求解器的優(yōu)劣,這里談下樓主對(duì)兩個(gè)求解器的理解。

在功能方面,兩個(gè)求解器基本上是一致的,流動(dòng)傳熱、輻射、多相流、化學(xué)反應(yīng)及燃燒、動(dòng)網(wǎng)格等等,兩個(gè)求解器都可以實(shí)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(dòng),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(gè)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(gè)方面是有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的,它的前身就是專門做旋轉(zhuǎn)機(jī)械的,這兩點(diǎn)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(huì)多一些(個(gè)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(gè)好哪個(gè)壞)。

如果算螺旋槳的話,建議使用CFX。

第三部,計(jì)算域及模型的設(shè)置
我選取計(jì)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(jì)算空化的模板,在創(chuàng)建新的分析時(shí),我們選擇現(xiàn)成的模板,見下圖

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選擇相應(yīng)的空化模型的模板

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之后的工作就是定義計(jì)算域與邊界條件了

這里我們要?jiǎng)?chuàng)建兩個(gè)計(jì)算域,包含螺旋槳網(wǎng)格的旋轉(zhuǎn)域和與之連接的靜止計(jì)算域

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下面是兩個(gè)計(jì)算域交界面的設(shè)置,

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在上圖的第二個(gè)選項(xiàng)處,有兩種選擇方法,第一種是frozen rotor選項(xiàng),我們計(jì)算旋轉(zhuǎn)機(jī)械的穩(wěn)態(tài)問題時(shí),要選擇這個(gè)選項(xiàng),如果我們要計(jì)算螺旋槳在旋轉(zhuǎn)整個(gè)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(gè)地方就有有一個(gè) transient rotor的選項(xiàng),可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算域的旋轉(zhuǎn)。
還有一個(gè)pitch change選項(xiàng),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(jì)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(jì)算不帶空化的流場(chǎng);第二步是以第一步的計(jì)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