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CAD 嵌入式 CFD 的确认方法(五)

编辑:张富连 发表时间:2016-11-15 14:21:29 浏览次数:

 本文上承CAD嵌入式CFD的确认方法(四),若需全文观看,请点击相关链接

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6.基础确认:浮力驱动空腔流

此2D测试是经典的对流热传导。在此测试中,考虑方形空腔内的自由对流,具有不同温度值的等温侧壁,并且顶部和底部隔热(参见图19)。该空腔充满空气。

从约40个计算机软件的高精度预测中获取的基准解(Davis, 1983),而且与实验研究的半经验公式非常一致(Emery和Chu,1965)。

方形空腔的侧面尺寸L在0.0111...0.111 m范围内变化,以使空腔的瑞利(Rayleigh)数在103 - 106范围内变化。

考虑瑞利数范围的网格收敛性研究如图20所示。

使用自然对流的闭合2D方形空腔。

图19:使用自然对流的闭合2D方形空腔。

不同Ra的网格收敛性研究。

图20:不同Ra的网格收敛性研究。

此图表明在网格自动生成级别(RRL )和每一参考L(方形空腔大小)单元数上的依赖比率Nu/Nubenchmark。此图确认在RRL = 8处达到网格收敛。在此RRL值处得到的数值结果显示如下。

图21显示在预测的最高RRL = 8处Ra = 106的特殊情况下动态适应于求解特性得到的网格。

在Ra = 106、RRL = 8处适应于求解网格

图21:在Ra = 106、RRL = 8处适应于求解网格

下图显示在热力学(参见图22)和流体力学(参见图23、24)领域、对于所有考虑的瑞利数,SOLID WORK S Flow Simulation的预测和基准解(Davis, 1983)都非常一致。

平均努塞尔数和 瑞利数

图22:平均努塞尔数和 瑞利数

最大无量纲速度部件与 瑞利数

图23:最大无量纲速度部件与 瑞利数

最大速度位置的无量纲坐标和瑞利数

图24:最大速度位置的无量纲坐标和瑞利数


7.基础确认:RAE 2822机翼上的流动

在此例中,SOLID WORK S Flow Simulation对RAE 2822机翼附近的2D气流进行预测。机翼几何体如图25所示。

RAE 2822机翼

图25:RAE 2822机翼

机翼弦长为1.0米。计算域大小为30.24米。计算网格有350 200单元,在机翼附近的单元更加精细。网格单元的总数约为70000。

考虑五种测例。表1中显示了每一个测例的流动条件(Cook et al.,1979)。

预测RAE 2822机翼上流动的流动条件。

表1:预测RAE 2822机翼上流动的流动条件。

测例5机翼周围的马赫数平面图解

图26:测例5机翼周围的马赫数平面图解

在此测例下,接近中弦位置处的上表面可见到强烈的冲击,这会导致边界层下游变厚。对于测例5,SOLIDWORKS Flow Simulation预测的表面压力系数分布与实验数据(Cook et al.,1979)对比如图27所示。在显示的测例中(图27)可以看到,无论是总体分布还是冲击位置,SOLIDWORKS Flow Simulation计算结果和实验结果的一致性都令人满意。

对于测例5,计算的和测量的曲面压力系数对比。

图27:对于测例5,计算的和测量的曲面压力系数对比。

    对于整体空气动力学系数CL和CD,计算数据和实验数据也非常一致。预测值为CL =0.807和CD =0.0192,它们的相对预测误差分别为0.61%和9.5%。

    遗憾的是,由于缺少专门用于辐射模型确认的测试空间描述,实体内的热量传导、非牛顿流体的流动、压缩模型、真实气体等超出了本白皮书的限制。


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