ONERA M6 机翼的 CFD 分析 – 第 3 部分 CFD 和验证

使用 Fluent 对 ONERA M6 机翼进行 CFD 分析，并使用 AGARD 实验数据和 NASA 的高质量 CFD 进行验证

讲师：Sijal Ahmed

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您将学到什么

• 专门对 ONERA M6 机翼进行 CFD 分析，并对任何机翼或气动体进行 CFD 分析
• 如何从文献中获取高质量数据进行验证
• 了解阻力、升力和俯仰力矩系数和参考值
• 在 Fluent 中设置问题并加速收敛
• 湍流模型和 Y+ 值对气动系数的影响
• 使用可用的实验数据和 NASA 的高质量 CFD 验证当前的 CFD
• 不同求解器对结果的影响

探索相关主题

• 计算流体动力学（CFD）
• 工程
• 教学与学术

要求

• 对空气动力学和 CFD 有基本了解
• 应该能够基本使用 Fluent
• 配备 i3 或更高处理器和 8 GB RAM 的计算机。建议使用 16 GB RAM
• 您的计算机上安装了 ANSYS 2022 R1

描述

在本课程中，您将了解 ONERA M6 机翼的 CFD 分析。首先，我们将介绍问题描述和给定的操作条件。之后，我们将讨论不同的空气动力学系数，例如升力系数和参考条件。我还将解释如何根据雷诺数和马赫数计算参考面积、压力、密度等。然后，我们将讨论 Cp 图的实验数据。然后，我们将通过不同的文献来探索 CD、CL 和 CM，因为这些在 AGARD 于 1979 年发表的实验工作中没有给出。但幸运的是，NASA 已经为不同的求解器和网格类型发布了 Cp 和 CL、CD 和 CM 的高质量 CFD 数据。因此，我们将使用 NASA 数据来比较阻力、升力和俯仰力矩系数。

讨论完毕后，我们将把网格导入 Fluent。网格已在第 2 部分中在 ICEMCFD hexa 中创建。我们将设置边界条件、操作条件、材料属性、求解器类型、参考值、报告定义，最后我们将初始化解决方案并运行模拟。

一旦解决方案完全收敛，我们将提取 Cp 和空气动力学系数。我们将把它们与可用数据进行比较。最后，我将解释获取 Cp 图并将其导入 excel 的方法。然后我将教你如何对轴和 Cp 数据进行非维度化并在 excel 中绘制它。Cp 的实验数据将绘制在同一张图中。我们将使用 NASA Cp 图并将其绘制在同一张图中，以比较我们的 CFD、来自 AGARD 的实验数据和来自 Fluent 的 CFD 数据。

ONERA M6 是 CFD 验证的经典测试案例。虽然几何形状简单，但流场涉及复杂的流动特征，例如跨音速流动（马赫数 0.7 – 0.92）和冲击、边界层分离等。ONERA M6 机翼由 ONERA 空气动力学系于 1972 年设计，作为研究三维高雷诺数流动的实验几何形状。ONERA 是一种后掠翼，翼展为半跨度。它是 M5 机翼的外部三分之一，没有扭曲。

在这个由三部分组成的课程系列中，您将学习根据 Schmitt、V. 和 F. Charpin 编写的 AGARD AR 138 1979 提供的数据对 ONERA M6 机翼进行 CFD 分析。

本课程的学习成果： 1. 在本三部分课程/教程结束时，学生将能够使用各种湍流模型和适当的 Y+ 值对跨音速条件下围绕 3D 几何的外部、粘性、可压缩流进行 CFD 模拟。

2. 学生将能够理解/学习高保真 CFD 分析涉及的所有过程，例如几何创建、网格划分、CFD 设置、解决方案和后处理。

3. 学生将能够根据 AGARD 报告中的实验数据验证 CFD 结果。

4. 将涵盖以下内容：

• Solidworks 中的几何图形生成
• Spaceclaim 中的半球域
• ICEMCFD 中的六面体网格划分
• 网格导入、边界条件指定、材料特性、求解器设置、报告定义、混合初始化等。
• 稳定状态，三维雷诺平均纳维-斯托克斯
• Spalart-Allmaras、K-Epislon、剪切应力输送 SST 和过渡湍流模型
• 二阶迎风流格式
• 可压缩隐式求解器
• 无滑移壁面、对称性和压力远场边界条件
• 使用 Fluent 2022 R1 中的最新选项实现收敛加速
• 并行求解器
• 结果后处理
• 根据实验数据验证结果。
• 基于升力和阻力系数的解决方案收敛评估。

资源：您将在本课程中获得以下资源

1. 所有幻灯片

2. AGARD 报告

3. 所有文件包括几何图形、域、六面网格、解决的案例和数据文件、数据的 excel 文件、机翼坐标以及来自 NASA 的几何图形。

问题设置

该问题将解决以下条件下机翼周围的流动问题：

• 自由流温度 = 288.15 K
• 自由流马赫数 = 0.8395
• 攻角（AOA）= 3.06 度
• 雷诺数 = 11.72E6
• 平均气动弦长 = 0.64607 米

本课程适合哪些人：

• 寻求机械或航空航天工程职业的学生
• 希望将 CFD 技能提升至高级水平的专业人士
• 任何想要扩展技能水平的 CFD 爱好者