STAR CCM 案例｜重叠网格计算翼型跨声速流动

本教程演示如何使用重叠网格模拟RAE2822翼型上的跨音速流动。

1 问题描述

通过对机翼周围区域使用重叠网格，本教程演示如何在不生成网格的情况下更改攻角。这种方法大大简化了参数研究的案例设置。

2 STAR CCM 设置

• 启动STAR CCM 并新建Simulation
• 利用菜单File > Load Simulation导入文件airfoil_oversetParts.sim

2.1 区域处理

• 选择模型树节点Part下的子节点Background与Overset，点击右键菜单项Assign Parts to Regions…分配区域

• 弹出对话框中选择选项Create a Region for Each Part、Create a Boundary for Each Part Surface，如下图所示

• 选中模型树节点Regions > Background > Boundaries > Outside，设置其边界类型为Free Stream

• 设置边界Symmetry的类型为Symmetry Plane
• 相同方式设置Overset节点下的边界
• 设置Airfoil 的边界类型为Wall
• 设置Overset Boundary的边界类型为Overset Mesh
• 设置Symmetry的边界类型为Symmetry Plane

修改完毕后的边界节点如下图所示。

2.2 网格生成

1、背景网格

• 鼠标右键选择模型树节点Operations，点击弹出菜单项New → Mesh → Automated Mesh打开网格生成面板

• 选中部件Background，选择选项Surface Remesher、Trimmed Cell Mesher及Prism Layer Mesher，如下图所示

• 修改节点Operations > Automated Mesh名称为Background Mesh
• 进入模型树节点Operations > Background Mesh > Default Controls，如下表所示设置相应参数

• 鼠标右键选择模型树节点Operations > Background Mesh > Custom Controls，点击弹出菜单New → Volumetric Control新建体控制

• 设置Parts为Overlap

• 如下表所示设置相应参数

2、前景网格

• 拷贝并粘贴节点Background Mesh，修改节点名称为Overset Mesh
• 如下图所示，指定Input Parts为Overset

• 选中模型树节点Overset Mesh > Meshers > Prism Layer Mesher，设置Disribution Mode为Wall Thickness

• 进入模型树节点Operations > Overset Mesh > Default Controls，按下表所示参数设置相应节点

• 添加4个Volumetric Control，采用下表所示的部件与尺寸

• 右键选择模型树节点Operatons，点击弹出菜单项Execute All生成计算网格

计算网格如下图所示。

• 点击菜单项Mesh > Convert to 2D将三维网格转换为二维。注意在弹出对话框中激活选项Delete 3D Regions After Conversion

2.3 指定攻角

• 右键选择节点Regions > Overset 2D，点击弹出菜单项 Transform > Rotate打开区域旋转对话框

• 如下图所示，指定旋转角度为**-2.54 deg**，点击按钮Apply旋转区域

2.4 耦合重叠区域

• 选中节点Background 2D及Overset 2D，点击弹出菜单项Create Interface → Overset Mesh创建重叠网格区域

• 选中节点Intefaces > Overset Mesh 1 > Physics Conditions > Interpolation Option，设置Option为Distance weighted

• 右键选择模型树节点Interfaces，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

• 网格如下图所示

2.5 选择物理模型

• 鼠标右键选择模型树节点Physics 1，点击弹出菜单项Delete删除该节点

• 修改节点Continua > Physics 1 2D的名称为Airfoil
• 鼠标右键选择节点Airfoil，点击弹出菜单项**Select Models…**打开模型选择对话框

• 选择以下物理模型
• Two Dimensional
• Steady
• Gas
• Coupled Flow
• Ideal Gas
• Turbulent
• Spalart-Allmaras Turbulence

选择完毕的模型对话框如下图所示。

2.6 设置初始化条件

• 双击模型树节点Fluid > Boundaries > freestream > Physics Values，如下图所示设置边界条件

2.7 设置材料参数

• 双击模型树节点Models > Gas > Air > Material Properties，如下图所示设置材料参数

2.8 设置边界条件

• 鼠标双击模型树节点Regions > Background 2D > Boundaries > Outside > Physics Values，如下图所示设置边界条件

2.9 物理量监测

• 右键选择模型树节点Report，点击菜单项New Report > Flow / Energy > Force Coefficient创建 Drag Coefficient

• 如下图所示指定阻力系数相关参数

• 相同的方式创建升力系数

• 创建阻力系数与升力系数的监控及报告

2.10 进行计算

• 选择菜单Solution → Run进行计算

3 计算结果

• 阻力系数随迭代变化

• 升力系数随迭代变化

• 马赫数分布

• 压力分布

4 修改攻角计算

• 右键选择模型树节点Overset 2D，点击弹出菜单项Transform → Rotate… 打开区域旋转对话框

• 如下图所示设置旋转角度为 -10 deg

• 重新开始计算

• 阻力系数

• 升力系数

• 压力分布

• 马赫数分布

来源：CFD之道