翼型模型气动特性的数值模拟_朱彦奎

Fluent 软件是用于计算计算流体流动和传热问题的 软 件 ，其 应 用 的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、化 学反应等。 本文以 NACA4412 翼型模型为例，借助 Fluent 软件进行空 气动力学分析，对该模型周围的空气流动进行模拟，并分析了模型周 围的压力分布。
● 【参考文献】 ［1］ 姜 维 强 . 对 我 国 高 校 体 育 发 展 现 状 的 调 查 [J]. 体 育 科 技 ，2004（3）. ［2］姜维强.对 辽 宁 省 普 通 高 校 体 育 课 程 设 置 的 现 状 调 查 与 对 策 研 究[J].辽 宁 体 育 科 技 ，2003（1）. ［3］傅 君 芳 ，王 元 华.普 通 高 校 体 育 课 程 考 核 及 评 价 体 系 . 体 育 科 学 研 究 ，2004 （1） 3.
表 1 边界条件类型
NAME
TYPE
farfield1
Pressure Farfield
farfield2
Pressure Farfield
farfield3
Pressure Farfield
airfoil
Wall
2 模型求解
2.1 定义模型的边界条件 在 Fluent 软件中导入已经做好网格划分的翼型模型 ，定义模拟空
Velocity-inlet
farfield2
Velocity-inlet
farfield3
Pressure-outlet
图 1 翼型模型的形式及模拟计算区域
2.2 结果分析 2.2.1 速度场分析
沿翼型模型的速度场分布如图 3 所示。 可以看出，翼型上方比翼型下方的速度分布曲线密集，说明翼型 上方的速度分布较大，可根据流线颜色分布区分翼型周围流体的速度 变化。 在图中的翼型前缘有速度几乎为零的停滞点，在尾缘翼型上方 的减速流线与下方的流线衔接在一起。 翼型的有效弯度较大，改变了
● 【参考文献】
［1］韩占忠，王敬，兰小平.Fluent 流体工程 仿 真 计 算 实 例 与 应 用[M].北 京 理 工 大 学 出 版 社 ，2004. ［2］包 能 胜 ，曹 人 靖 ，叶 枝 全 ， 等 . 水 平 轴 风 力 机 桨 叶 二 维 增 升 实 验 研 究 [J]. 太 阳 能 学 报 ，2001，22(1)：72-76. ［3］罗 惕 乾 .流 体 力 学 [M]. 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ，2003. ［4］蔡 增 基 ，龙 天 渝 .流 体 力 学 泵 与 风 机 [M]. 北 京 :中 国 建 筑 工 业 出 版 社 ，1999，12.
［责任编辑：翟成梁］
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作 者 简 介 ：张 晓 红 （1966—），女 ，硕 士 ，副 教 授 ，研 究 方 向 为 体 操 教 学 与 训 练。
陈 海 燕 （1966— ）， 女 ，助 理 研 究 员 ，研 究 方 向 为 体 育 教 学 与 管 理 。
※该课题为校 2009 年度校长基金资助项目，编号：2009S027。
模型的形式及模拟计算区域见图 1（在建立模型时，c 取 1，为翼型前后
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两端的直线距离）。
图 2 模型网格划分图
其中，边 AF，EF 构成计算边界面 farfield1，边 AB，DE 构成计算边 界面 farfield2，边 BC，CD 构成计算边界面 farfield3，翼型模型的边构成 计算边界面 airfoil。 定义边界条件的类型见表 1。
压力系数是一个无量纲参数，其计算公式为
cp=
(p-pref) qref
式 中 ：p— — — 静 压 ，pa；
pref — ——参考压力，pa；
qref
— — — 参
考
动压
，qref
=
1 2
，ρref υref2,pa。
沿翼型模型的压力变化如图 4 所示。
图 4 沿翼型模型的压力变化图
图 5 静压分布图
+ux
坠（ρUx） 坠y
=-
坠ρ 坠x
+μ
坠2Ux + 坠2Ux 坠x2 坠y2
坠（pUy） 坠t
+Ux
y y 坠（ρUy） 坠x
+Uy
坠（ρUy） 坠y
=-
坠p 坠y
+μ
坠2Uy + 坠2Uy 坠x2 坠y2
.
能量方程：
2
y y y y 坠（ρe） 坠t
+Ux
坠（ρe） 坠x
+Uy
坠（ρe） 坠x
=-p
坠Ux + 坠Uy 坠x 坠y
- 2 μ 坠Ux + 坠Uy 3 坠x 坠y
+
2y yy y y y2 2
2
2
μ 2 坠Ux + 坠Uy + 坠Ux +2 坠Uy
坠x
坠x 坠y
坠y
1.2 翼型模型的建立
该翼型模型的仰角为 2°。 通过 Fluent 的前置处理软件 Gambit 进
行模型的创建，采取由低阶元素到高阶元素（点→线→面）的方式。 该
1 理论基础及模型的建立
1.1 理论基础
Fluent 软件的理论基础是计算流体力学，数值计算 的 控 制 方 程 是
二维连续性方程、二维 N-S 方程和二维能量方程。 具体形式为
连续性方程：
坠ρ + 坠（ρux） + 坠（ρuy） =0
坠t 坠x
坠y
N-S 方程：
y y 坠（pUx） 坠x
+
坠（ρUx） 坠x
作者简介：朱 彦 奎(1983—)，男 ，毕 业 于 山 东 建 筑 大 学 建 筑 环 境 与 设 备 工 程 专业，现从事燃气、供热、空调及通风工程设计以及相关理论研究。
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●
（上接第 32 页）提高我校女生的体质健康水平。 5.3 教师之间加强学习，不断提高自己的各种能力和水平。 各任课教 师多组织班级之间加强交流，使不同专项的学生们有机会互相观摩和 学习。 5.4 我校室外体育场地较丰富， 学校应该建一所具有 标 志 性 的 和 多 功能的综合体育馆，满足室内的教学和各种比赛。 5.5 体育管理工作与兄弟院校加强沟通和交流， 找出 有 效 的 管 理 方 法，更好为教师和学生服务。 科
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局部流场的分布，出现了回流现象，同时由于吸力面的压力更低，在翼
由图可知翼型上表面的压力低于参考压力。 翼型周围静压分布如
型的背部出现小的涡流。
图 5。
图 3 沿翼型模型的速度场分布
2.2.2 压力场分析
从图中可以看出，每个网格内有不超过三个的压力等值线，说明 该模型的网格划分是比较合理的。
3 结语
通过以上分析，对翼型模型周围流场的速度分布和压力分布有了 比较直观的认识，建立准确的模型并进行合理的网格划分以及定义合 适的边界条件，是能够对模型进行准确数值模拟的关键。 通过参阅相 关文献资料可知， 翼型迎角的大小可以影响翼型周围流场的分布，对 各种机型的性能影响也很关键，进一步改进翼型对于提高飞机及其它 设备的性能有关键的作用，因此这方面还有许多工作要做。 科
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翼型模型气动特性的数值模拟
朱彦奎 1 宋 平 1 王国磊 2 （1.山东一通工程技术服务有限公司 山东 济南 250101；2.山东建筑大学热能工程学院 山东 济南 250101）
【摘 要】计算流体力学的兴起促进了试验研究和理论分析方法的发展 ，为简化流动模型的建立提供了更多的依据。 Fluent 是用于计算流 体流动和传热问题的软件 ，其应用的范围有一般流体的流场 、自由表面的问题 、紊流、非牛顿流流场 、化学反应等 。 本文应用计算流体力学知识 ， 借助 Fluent 软件对翼型模型的空气动力性能进行了模拟分析，介绍了 Fluent 软件的数值计算方法，并模拟分析了翼型模型周围空气流动的变 化规律以及压力分布等。
【关键词】翼型模型；数值模拟；空气流动模型；压力分布
0 引言
利用 Gambit 软件对模型进行网格划分，如图 2。
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics ,简称为 CFD)是基于 计算机技术的一种数值计算工具, 用于求解流体的流动和传热问题。 它是流体力学的一个分支，用于求解固定几何形状空间内的流体的动 量、热量和质量方程以及相关的其它方程，并通过计算机模拟获得某 种流体在特定条件下的有关数据。 20 世纪 60 年代末 ，CFD 技 术 已 经 在流体力学各相关行业得到了广泛的应用，CFD 最早运用于汽车制造 业、航天业及核工业，相对于实验研究，其具有成本低、速度快、资料完 备、可以模拟真实及理想条件等优点。
［4］曾 李 萍.曹 策 礼.刘 思 华.李 小 兵.广 东 普 通 高 校 实 施 体 育 课 程 教 学 新 《 纲 要 》 的 研究//广东省第七届大学生运动会科学论文报告会论文汇编. 北京体育大学 出 版 社 ，2006(8). ［5］许斌.广州大学城体育场馆资源管理问题研究广东普通高校实施体育课程教 学 新 《纲 要 》的 研 究//广 东 省 第 七 届 大 学 生 运 动 会 科 学 论 文 报 告 会 论 文 汇 编.北 京 体 育 大 学 出 版 社 ，2006(8). ［6］教育部.2002 年学生体质健康监测报告.中国教育和科研计算机网. ［7］中国学生体质健康网.
间区域流体的特性参数为：自由流速度为 50m/s，压 力 p=101325pa，密 度 ρ=1.225kg/m3，温度 T=288.16K，运动粘度 ν=1.4607×10-5m2/s，并定义 各边界面的边界条件（边界类型见表 2）。
表 2 边界类型
NAME
Boundary Condition
farfield1