使用STAR-CCM+计算二维翼型气动性能

使用STAR-CCM+计算二维翼型气动性能

Andrew Moa

STAR-CCM+是CD-adapco公司开发的通用CFD软件，采用先进的连续介质力学数值技术，支持非结构网格，集成了高效的CFD求解器及前、后处理单元。STAR-CCM+支持导入复杂形状的几何数据，可进行表面修复，根据导入的几何自动生成高质量的非结构网格。

本文采用STAR-CCM+ 9.02.005 R8，以NACA 63(3)-218翼型为例，简单介绍使用STAR-CCM+进行二维翼型气动性能计算的一般步骤。

1、建立翼型几何

在多数情况下，翼型的气动性能计算一般采用二维网格模型。二维网格能够满足计算的需求，同时又不至于消耗过多的计算资源，一定程度上了提高计算的效率。STAR-CCM+虽然支持对二维网格模型的求解，但不支持导入二维几何实体，也无法生成二维网格。该软件可以导入二维网格，同时也提供了三维网格到二维网格的转换。本文利用STAR-CCM+三维网格转换成二维网格的功能，先在STAR-CCM+中生成三维的翼型绕流网格，在将该三维网格转换成二维网格，最后利用二维网格进行求解。

A、生成翼型三维模型

打开STAR-CCM+，软件界面如下：

点击File->New Simulation，OK确认建立新的模拟器。

右键单击树状图中Geometry下的3D-CAD Models，选择New，在3D设计模式中建立三维翼型实体。右键点击3D-CAD Model 1，选择Import->3D Curve，选择翼型数据文件。必须确保翼型数据文件为以下形式：

翼型数据应为.CSV格式文件，每行依次为各数据点的x、y、z三点坐标，中间以英文半角逗号分隔。

OK确认导入，生成的翼型曲线自动命名为3DCurve 1。

右键点击Features下的XY，选择Create Sketch，建立XY平面上的草图。在草图中右键点击翼型曲线，此时选中的曲线变成品红色，在弹出菜单中选择Project to sketch，将3D曲线映射到草图中。

使用Create point在翼型尾缘（1,0,0）处放置一个点，右键单机该点，选择Apply Fixation Constraint，建立固定约束，使该点的位置不发生改变。使用Create center-point circular arc建立翼型流场前段的圆弧，以新建立的固定点为圆心，使圆弧的两个端点与圆心同处于一条垂直线上。利用Create line工具建立余下的线段。如下所示：

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在线段上点击鼠标右键添加约束。给两条垂直线段添加水平约束（Apply Horizontal Constraint）, 给两条垂直线段添加垂直约束（Apply Vertical Constraint）。同时选中圆心点和垂直线段，右键点击Apply Distance Dimension添加尺寸，输入尺寸”20.0 m”；在圆弧上点击右键，选择Apply Radius Dimension添加圆弧半径尺寸，输入尺寸”10.0 m”。OK退出草图。

生成的草图自动命名为Sketch 1，树状图中右键点击草图Sketch 1，选择Create Extrute，拉伸草图使之形成实体。在Distance中输入”1.0m”，不要使用双向拉伸，确保有一个面在XY平面上，OK形成实体。

选择翼型壁面的表面，右键Rename将其命名为Wall。

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将半圆表面和流场上下表面命名为Inlet。

将流场尾部的垂直表面命名为Outlet。

将翼型壁面的两条特征曲线命名为Airfoil Curves。

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点击Close 3D-CAD 退出3D 设计模式。 B 、生成流场实体模型

可以看到3D-CAD Model 下多出了3D-CAD Model 1，3D-CAD Model 1即为新生成的翼型流程几何模型，我们需要将它转换成实体模型。右键单击3D-CAD Model 1，选择New Geometry Part ，在弹出的Part Creation Options 中将Coincidence Tolerance 设置为1.0E-8，Tessellation Density 设置为Very Fine ，OK 确认生成的实体。此时新生成的实体模型显示为Parts 下的Body 1，命名的特征曲面和特征线也显示在模型树中。点击工具栏上的Create/Open Senses->Geometry 建立新的几何场景，可以查看实体模型。

C 、指定网格参数

在模型树中的Operations 上点击右键，选择New->Automated Mesh ，在Create Automated Mesh Operation 窗口中选择Body 1 Parts ，在Select Meshers 中选择Surface Remesher 、Automatic Surface Repair 、Polyhedral Mesher （多面体网格）、Prism Layer Mesher （棱柱层网格），OK 确认退出。

在Operations 下可以看到新生成的Automated Mesh 。将Meshers 下的Surface Remesher 的Minimum face quality 改为0.1；将Automatic Surface Repair 的Minimum Face Quality 同样改为0.1；将Polyhedral Mesher 的Optimization Cycles 改为3，Quality Threshold 改为0.7。在Default Controls 下，将Surface Growth Rate 的参数改为1.1。

右键单击Custom Control ，选择New->Curve Controls 。Curve Controls 的Part Curves 选择Body 1的Airfoil Curves 特征曲线。将Controls 下的Target

Surface