亲测有效!Fluent飞行器外流场模拟攻略 9条不收敛对策
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导读:航空航天作为高端制造业的代表,其产品研制过程是一个复杂的系统工程,具有周期长,费用高的特点。而对于一名专业的航空航天仿真工程师来说,学习结构强度、刚度、稳定性、结构动力学、噪声、转子动力学、复合材料、疲劳寿命、损伤容限、气动设计、燃烧、热及温度场、多场耦合、设计优化、制造工艺等专业技能是必备的技能。仿真秀专栏作者楠胖老师带你认识FLUENT航天飞机外流场模拟全过程,以及飞翔的螺旋桨老师为你总结的《Fluent计算发散的9点解决办法—以飞机外流场计算为例》,希望对学习航空航天仿真计算的学习型工程师有所帮助。
一、FLUENT航天飞机外流场模拟
1、启动FLUENT并导入网格
第一步、在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2020→Fluid Dynamics→Fluent 2020命令,启动Fluent 2020。第二步、单击主菜单中File→Read→Mesh命令,导入.msh网格文件。2、定义模型
单击命令结构树中General按钮,弹出General(总体模型设定)面板,Solver中Time选择Steady。
3、设置材料
单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit,弹出Create/Edit Materials(材料)对话框。将空气的Density修改为ideal-gas,Viscosity选择为sutherland。
![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906719557_nvwojs.jpg?imageView2/0)
4、设置湍流模型
在模型设定面板Models中双击Viscous按钮,弹出Viscous Models对话框,勾选SST k-omega模型,勾选Viscous Heating和Curvature Correction。
5、设置边界条件
第一步:单击主菜单中Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。
第二步:在边界条件面板中,设置far-field的边界类型为Pressure Far-Field,参数如下图所示。
6、初始条件
第一步:单击主菜单中Solution→Initialization按钮,弹出Solution Initialization(初始化设置)面板。
第二步:Initialization Methods中选择Hyper Initialization,单击Initialize按钮进行初始化。
7、计算求解
第一步:单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮,弹出Run Calculation(运行计算)面板。
第二步:在Number of Iterations填入1000,单击Calculate开始计算。
8、结果后处理
进入CFD-Post界面,显示速度场云图。
二、Fluent计算发散的9点解决办法
其实,我们在使用FLuent软件做流体计算的时候,最害怕的就是发散,最想要的结果就是收敛。据笔者的经验来看,发散的形式也是各种各样,温度发散,压力发散,计算几十步发散等等。最惨的是眼看着就收敛了,竟然也发散,心情和股市从高点到跌停一样悲伤。因此,为了顺利计算出结果,必须掌握一定的方法去解决发散问题。为了方便学习型仿真工程师提升,笔者将以下方法分享给大家(方法源于个人总结和大神指导等),亲测有效,希望对你也有所用!也欢迎大家关注我在仿真秀专栏 发布精品课《飞机设计和仿真分析入门进阶20讲》(文末有介绍)首先,要确保相应设置合理正确,我们再开始进行抢救。至于如何设置合理,这里不赘述,太多了,太难了,可以根据自己的任务去找资料等。笔者以飞机外流场计算为例,当然,很多方法是通用的,个别方法是专门针对这个案例的,大家做好区分。以下方法只针对fluent计算,不包括网格部分,很多时候发散网格也有原因,但其实很多时候如果不想修改网格,网格也没错误或者质量没有low到爆炸的程度,都是可以在fluent里抢救一下的。在导入msh文件后,可以先检查网格质量,同时进行光顺优化处理。如果直接check的时候就报错,注意是错误,不是警告,提示等,那就根据提示重新画网格吧。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906725317_1lw2wx.jpg?imageView2/0)
对于不关注温度变化,马赫数比较低的情况下,可以关闭能量方程,进行计算,这样就可以少算一个方程,绝对不会出现温度发散。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906720484_frvo4o.jpg?imageView2/0)
在SA、K-E和K-W等湍流模型之间进行选择尝试,通常飞机外流场计算也都是用的这三种湍流模型。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906723520_m1rlzs.jpg?imageView2/0)
气体密度一般我们用的是理想气体,可以修改为常数,也就是认为密度不变,然后根据计算工况,设置空气密度。通常在计算飞机外流场时,我们会用压力远场的边界条件,同时搭配理想气体去计算,如果发散,可以尝试,速度入口,压力出口边界,这个就需要在划分边界名称的时候就设置好。比如icem软件里的part划分。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906720039_clkvmb.jpg?imageView2/0)
正常我们计算都是用二阶迎风格式,我们这里将迎风格式改为一阶,如果精度要求不高可以直接计算完毕,如果要去比较高,可以用一阶迎风格式计算收敛,然后再转到二阶迎风格式,继续计算,直到收敛。这个方法很多时候都管用,墙裂推荐。如果采用的是压力基就降低松弛因子,我一般是用默认值的一半,所有选项的都降低,或者更低,降到默认值得四分之一。当然,松弛因子降低,计算时间会增加,这个可以在计算一定步数后,看着没有发散的可能性的时候,再调高松弛因子,增加计算速度。如果是密度基就降低库朗数。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906720277_burpz0.jpg?imageView2/0)
标准初始化和混合初始化都做尝试,同时标准初始化的compute from也进行不同的选择,all-zones,入口,压力远场等等都去尝试。![](https://public.fangzhenxiu.com/fixComment/commentContent/imgs/1658906722221_89mtop.jpg?imageView2/0)
没错,重启电脑,然后其他都不用变,重新计算,或者换一台电脑,有些时候问题莫名其妙的就消失了,就是这么神奇。以上9种方法,大家根据自己的计算工况进行合理选择和尝试,如果都试了还是发散,那可以考虑重新画网格或者放弃治疗了,哈哈,当然,还有很多更好的解决方法可以尝试,祝收敛!!三、飞机设计和仿真分析入门进阶20讲
受仿真秀平台邀请,自2020年4月以来,笔者在仿真秀官网和APP发布了一套精品课课程《飞机设计和仿真分析入门进阶20讲》,课程已经更新完整,欢迎订阅,以下是课程安排:
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飞翔的螺旋桨,仿真秀专栏作者,5年高校及飞机设计仿真分析从业经验,飞行器设计与工程专业。先后任职于成都某高校和深圳某研究院,历任教师和工程师岗位。个人案例:飞机三维建模、飞机螺旋桨气动噪声仿真、飞机操稳分析。 声明:原创文章,本文首发仿真秀,部分内容引自南流坊,本文已经被作者授权,部分图片源自网络,如有不当请联系我们,欢迎分享,禁止私自转载,转载请联系我们。 获赞 9703粉丝 21082文章 3390课程 214