基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟毕业设计说明书

毕业设计说明书

基于FLUENT 的

炮弹三维流场数值模拟

学生姓名： 学号： 学 院：

专

指导教师：

2011年 6月

徐 吉 0701064330 机电工程学院 弹药工程与爆炸技术

基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟

摘要：本文主要介绍了用计算流体力学理论研究炮弹气动特性的方法，并运用流体动力学软件FLUENT对155榴弹三维流场进行了数值模拟，考察了在0攻角及马赫数为1.4时榴弹周围空气场的压力和速度分布。具体步骤分为三部分：第一部分用GAMBIT 软件建立炮弹流场模拟的几何模型并对模型进行网格划分；第二部分运用FLUENT软件对已划分好网格的模型进行分析计算；第三部分分析计算结果，并得出结论，其符合空气动力学规律。

关键词：炮弹，空气动力学，三维流场，155榴弹，建模，仿真

Numerical Simulation of the Three-dimensional Flow Field around

Shrapnel base on FLUENT

Abstract：This paper describes the method that uses Computational Fluid Dynamics to research the aerodynamic characteristics of artillery shells, and uses FLUENT to simulation the external flow around a 155-caliber shrapnel, studying the pressure ,velocity around the shrapnel at the 0 angle of attack and Mach 1.4. The step is mainly divided into three parts, firstly using the software of GAMBIT to build the geometrical model and griding on the model. Secondly the calculation is carried on the model which is the mesh already divided well by using FLUENT. Thirdly analyzing the results of the caculation and they all conform the aerodynamic laws.

Keywords: shells, aerodynamics, three-dimensional flow field, 155-caliber shrapnel, modeling, simulation

目录

摘要 .................................................. 错误！未定义书签。ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 (1)

1．1本课题研究的意义 (1)

1．2本课题国内外研究概况 (1)

1．3本文主要工作 (4)

2 计算流体动力学简介 (5)

2．1计算流体动力学概述 (5)

2．2计算流体动力学的工作步骤 (6)

2．3计算流体动力学特点 (6)

2．4计算流体动力学的应用领域 (7)

2．5计算流体动力学的分支 (8)

2．6CFD的求解过程 (9)

2．7CFD软件结构 (9)

2．8常用的CFD商用软件 (11)

2.8.1 PHOENICS (11)

2.8.2 STAR.CD (12)

2.8.3 CFX (12)

2.8.4 FIDAP (12)

2.8.5 POLYFLOW (13)

2.8.6 MIXSIM (13)

2.8.7 FLUENT (13)

3 几何模型的建立 (14)

3．1模型概述 (14)

3.1.1 155榴弹模型参数 (14)

3.1.2 计算模型 (14)

3.1.3 数学模型 (15)

3．2GAMBIT软件简介 (17)

3.2.1 GAMBIT的特点 (17)

3.2.2 GAMBIT的操作步骤 (18)

3．3模型建立步骤 (18)

3.3.1 利用GAMBIT建立计算模型 (18)

3.3.2 利用GAMBIT对计算区域划分网格 (30)

3.3.3 利用GAMBIT设置边界类型 (34)

3.3.4 输出网格并保存会话 (36)

4 利用FLUENT进行仿真计算 (37)

4.1FLUENT软件简介 (37)

4.1.1 FLUENT程序包的基本构成 (37)

4.1.2 FLUENT程序的运用领域 (38)

4.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤 (38)

4.2利用FLUENT3D求解器进行求解 (39)

5 计算结果的后处理及结果分析 (53)

5.1计算结果的后处理 (53)

5.2结果分析 (64)

6 结束语 (66)

参考文献 (67)

致谢 (69)

1 绪论

1．1 本课题研究的意义

在现代战场上，榴弹炮仍是火力骨干，它面对着地面和空中的多种目标，需要完成各种射击任务。积极研究榴弹的有关技术、提高榴弹的各种性能，特别是提高榴弹的射程、精度和威力，改善勤务处理及提高存贮性能等，都是非常重要的。

这其中火炮的射程是衡量火炮威力的重要参数之一，世界各国的军事技术部门都在研究增大火炮射程的方法。增大火炮射程的方法一直是弹道学家、空气动力学家及兵器设计专家研究的重要课题。他们从不同角度，对增大火炮射程的方法进行了多方面研究。

从外弹道学的角度考虑，增大火炮射程可以从两方面入手：一是外部增大弹丸动能或提高弹丸速度；二是增大弹丸的断面比重。具体而言，增大火炮射程的方法可以分为以下四种：一、提高初速法；二、火箭助推法；三、减小弹道系数法；四、复合增程法[1,2,6]。

在众多的方法中，选择最合理有效的方法及对弹丸外形的优化设计就显得尤为重要，因此，我们以FLUENT仿真软件为手段，对炮弹的三维流场进行数值模拟，分析其流动现象，揭示其流动规律，研究其空气动力学特性，从而为炮弹的设计及优化提供理论依据[15,17]。

目前国内的主要榴弹生产厂家，在一种榴弹弹丸设计(包括方案设计、参数设计、结构设计、强度设计)完成以后，检验它是否满足技战术指标的手段还相对落后，大部分还是进行实弹打靶试验。如果打靶试验结果不符合技战术指标，就必须改进弹丸设计，再进行打靶试验。如此反复，直到打靶试验结果满足技战术指标。每进行一次实弹打靶试验，其成本都不低于10万元人民币，而设计一种榴弹从弹丸设计到符合技战术指标这一过程不是二个、三个反复就能完成的。所以如果能够采取FLUENT软件仿真来代替实体实验，减少实弹打靶试验的次数，就能够为国家、企业节约大量的经费，并缩短研制周期。本课题正是基于这样一种目的展开的[16]。

1．2 本课题国内外研究概况

在155毫米榴弹炮方面，国产第一代155毫米自行加榴炮是众所周知的PLZ-45。