基于开源计算流体力学软件SU2的钝体翼尖涡研究

发布时间：2021-12-31 16:38

　　通过开源多物理场模拟与设计集成软件平台SU2（Stanford University Unstructured）,使用格点型有限体积格式,研究了来流攻角12°,雷诺数为Re=2×106下NACA0012半矩形翼扰流问题。通过涡向量Rortex/Liutex揭示了方形翼尖纯刚体旋转涡的形成与发展,次涡与主涡的合并,并与涡量进行了比较。结果表明:钝体矩形翼翼尖的两个锋利奇异边产生Rortex/Liutex涡,且Rortex/Liutex表示的次涡与主涡的合并与相互作用要晚于涡量;此外,除了奇异边外的翼尖侧面,虽具有较高涡量,但贡献了流体的剪切或拉伸。 

【文章来源】：沈阳航空航天大学学报. 2020,37(03)

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

SU2＿CFD类结构

为验证SU2软件的有效性，首先考察二维NACA0012攻角与升力系数的关系图[19]。此标准模型问题的流动状态中，雷诺数Re=6×106，马赫数为0.2，计算非结构网格如图2a所示，计算采用二阶Roe格式离散对流项，并使用SA湍流模型封闭RANS方程的计算。图2b给出了升力系数CL与攻角α的计算结果以及实验比较。目前的计算除了在高攻角时因分离流动湍流模型的缘故与实验有偏差外，攻角一直到15°升力系数结果都和实验能够很好吻合。此外，升力系数CL与攻角α也较好显示了升力系数CL与攻角α的2π斜率规律。3.2 方形翼尖涡识别

对于三维复杂流体，本文考虑三维NA-CA0012翼型钝体翼尖涡流，雷诺数是Re=2×106，马赫数为0.2，攻角12°，半翼展长为2.5倍弦长。计算采用混合六面体与三棱柱网格，共大约200万个非结构网格，最小网格壁面距离约为2×10-6。图3a为翼端壁面网格，图3b为翼端2.5%弦长截面位置(如图3a所示)的压强系数与实验结果的比较，结果除了因上翼面主旋转涡的存在，压强系数与实验大约在x/c=0.35和x/c=0.75附近有偏差外，其他位置和实验相符。图4a为使用涡识别Q标准给出的翼端涡等值图，清晰显示涡在翼梢卷起旋转拖出去的长尾涡，且流线围绕涡等值面。图4b为涡向量Rortex大小R的等值面图，此等值面清晰反映了钝体翼尖涡。比较图4两图可以发现，使用Q标准，翼面上很多地方Q>0，而Rortex量R只在翼尖与前缘显示，这与Q标准会被剪切污染，而Rortex是纯刚体旋转，没有剪切污染的理论相符[7,9]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]第三代涡识别方法及其应用综述[J]. 王义乾,桂南.  水动力学研究与进展（A辑）. 2019(04)
[2]尾涡流场雷诺应力数值模拟研究[J]. 张明华,李坤,王菁,杨思路,薛明晖,刘薇.  航空计算技术. 2017(06)
[3]基于Ansys Fluent的近场翼尖涡数值模拟与分析[J]. 刘薇,宋国萍,褚双磊,韩博.  飞行力学. 2015(02)



本文编号：3560605