课程设计报告 37130217 张庶

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1、课程设计报告院系名称交通科学与工程学院专业名称适航技术与管理学生姓名张庶学号课设题目：翼型的高亚音速气动特性分析课设目标：进一步巩固“空气动力学”课程所学理论知识，加深对飞机空气动力学特性的认识，初步掌握计算流体力学软件及流场前后处理软件的使用，将所学理论与实际应用相结合，培养学生针对具体问题的建模、计算和气动分析等能力。课设内容：通过学习使用计算流体力学软件和流场前后处理软件，如Fluent等，建立不同翼型的网格模型，数值求解不同翼型的高亚音速流场，分析它们的气动特性，并撰写报告。1.研究工具简介1.1前处理工具GAMBITGAMBIT软件是FLUENT配套

2、的前处理器软件，它包含一定的几何建模能力和强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等特殊要求的高质量的网格。GAMBIT软件高度自动化，既可生成结构化的网格又可生成非结构化的网格，也可以生成多种类型组成的混合网格。本课程设计选择GAMBIT作为网格生成软件，生成的翼型网格模型类似下图所示。1.2CFD解算器FLUENT流体力学数值计算软件 FLUENT(包括其多种专用版本)是目前市场上最流行的CFD软件，它在美国的市场占有率达到60%，在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。FLUENT基于根据具有复杂几何外形的真实物体的尺寸进行等比例缩放而得到的模型生成的网格

3、进行流体力学数值模拟计算，能提供完全的网格适应性，支持二维三角网格、四边形网格以及三维四面体网格、六面体网格、棱锥网格、锲形网格和混合网格。FLUENT还允许根据初步求解结果对网格进行进一步细化或粗化，这种可根据初步求解结果调整网格的功能对自由剪切层、边界层等物理量变化梯度大的流场区域进行精确预测尤其有用，这一功能大大地减少了生成高质量网格所需的时间。根据初步计算结果调整网格的功能使得进行网格改善分析研究更加容易，由于网格改善只限于那些需要细化网格的区域，同时也大大减少了达到预想计算精度所需的计算量。FLUENT的数学模型的组成是以纳维―斯托克斯方程组与各种湍

4、流模型为主体，再加上多相流模型、燃烧与化学反应流模型、自由面流模型以及非牛顿流体模型等。附加的模型是在主体方程组上补充一些附加源项、附加输运方程与关系式，其离散方法采用有限体积法((FVM)，采用了对流项二阶迎风插值格式——QUICK格式。FLUENT可以计算的流动类型包括：（1）任意复杂外形的二维/三维流动。（2）可压、不可压流。（3）定常、非定常流。（4）无粘流、层流和湍流。（5）牛顿、非牛顿流体流动。（6）对流传热，包括自然对流和强迫对流。（7）热传导和对流传热相耦合的传热计算。（8）辐射传热计算。（9）惯性（静止）坐标、非惯性（旋转）坐标下中的流场计算

5、。（10）多层次移动参考系问题，包括动网格界面和计算动子/静子相互干扰问题的混合面等问题。（11）化学组元混合与反应计算，包括燃烧模型和表面凝结反应模型。（12）源项体积任意变化的计算，源项类型包括热源、质量源、动量源、湍流源和化学组分源项等形式。（13）颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算，包括弥散相与连续项相耦合的计算。（14）多孔介质流动计算。（15）用一维模型计算风扇和换热器的性能。（16）两相流，包括带空穴流动计算。（17）复杂表面问题中带自由面流动的计算。简而言之，FLUENT适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。FLUENT6.3采用完全的非结

6、构化网格和控制体积法。作为一个通用求解器，适用于低速不可压流动、跨音速流动乃至可压缩性强的超音速和高超声速流动等各种复杂的流场。FLUENT丰富的物理模型使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流、化学反应、多相流等其它复杂的流动现象。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，FLUENT6.3能达到最佳的收敛精度。灵活的非结构化网格和基于求解精度的自适应网格及成熟的物理模型，使FLUENT6.3在层流、转捩和湍流、传热、化学反应、多相流等领域取得了显著成效。由于FLUENT6.3软件能建立基于求解精度的自适应网格，且能准确处理湍流问题，因此选择FLUENT

7、6.3做为本研究的CFD解算器。1.2后处理工具TecplotTecplot是一个功能强大的科学绘图软件，它不仅可以绘制函数曲线、二维图形，而且可以进行三维面绘图和三维体绘图，并提供了多种图形格式，表现方式有等高线、3d流线、网格、向量、剖面、切片、阴影、上色等。Tecplot有针对FLUENT软件的专用数据接口，可以直接读入算例文件和数据文件，也可以在FLUENT软件中选择面和变量，然后直接输出Tecplot格式文档。由于Tecplot强大的三维绘图功能，能绘出等值线、网格等，且有针对FLUENT软件的专用数据接口，因此选择Tecplot做为本研究的数据后处

8、理软件。1.基础理论2.1基本物理模型