基于FLUENT软件的机翼二维绕流的非定常模拟分析

蒋蓓　江莉

摘 要：随着航空飞行器的快速发展，空气动力学的研究作用日益明显，绕机翼流动的流体静压力，质量密度、马赫数、气流速度的大小，对提高飞行器飞行性能的提高有着重要作用。文章利用FLUENT软件对绕机翼流动的非定常流体进行了详细研究，得到了气流在机翼上下表面上进行动能和压力能之间的转换且该转换是机翼升力产生的主要来源的结论，结论与伯努利方程的结论相同，为机翼设计提供了可靠保障。

关键词：机翼；绕流；非定常流体；FLUENT

中图分类号：V211.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0070-02

空气动力学是流体力学的一个组成部分，主要研究当气流作用在机翼上时，气流与机翼之间相对运动情况，并分析在该状态下，机翼的受力特性、气流运动过程分析及其发展趋势。研究空气动力学对机翼形状设计及性能的提高有重要意义。当气流从正前方迎面流向机翼时，在机翼剖面前缘附近，气流从驻点开始分为上、下两股，对于上下弧面不对称的机翼来说，由于机翼上表面拱起，则作用在机翼上表面的气流流管变窄，流线变密，由连续方程分析得气流流经机翼上表面时，气流速度增大，静压减小；机翼下方形状相对平缓，使下方流线疏密程度变化微小，流速变化小。气流通过机翼后，在后缘又重新聚合在一起。这种机翼绕流现象是机翼升力和阻力的主要来源。则绕流运动参数-速度、压力、温度、密度等又会随着时间的变化而变化。本文则利用FLUENT软件对机翼进行建模，构建具体参数，对作用在机翼表面的绕流进行非定常状态的模拟，得到机翼表面静态压力、马赫数、来流质量密度以及速度矢量的分布情况，并对模拟结果进行分析。

1 建立基于FLUENT的二维机翼扰流模型

FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天领域内有着广泛的应用。对于机翼二维绕流的非定常模拟分析，更具有显著优势。机翼升力和阻力的大小，主要取决于机翼的剖面形状和平面性转。本文针对常用翼型NACA2 822作为研究对象，其外形如图1所示。

2 网格划分和模拟的初始化及模拟结果

机翼绕流是在机翼外部运动的非定常流场，流域边界是远离机翼的无穷远处。而FLUENT软件中的变形网格技术主要解决边界运动的问题，在仿真过程中只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化由解算器自动生成。因此流域边界应设在远离翼弦长10倍以上。在进行模拟仿真前，先用Gambit软件构建流场的几何区域结构并生成网格，在此过程中，将整个流场分为1四个区，拓补结构如图2所示。

机翼流场仿真区域规格及节点数，见表1。

FLUENT软件中生成的机翼周围三维网格图，如图3所示。

3 仿真结果分析

在模拟仿真前，进行参数设计，参数设计见表2。

3.1 机翼表面静态压力

机翼表面静态压力分布如图4所示，翼型前缘驻点处，静压力为最大值，从机翼前缘到后缘，机翼上表面静压小，下表面静压大，压力差方向向上。

3.2 翼型周围马赫数

翼型周围马赫数分布如图5所示。马赫数为流场中某点气流的速度与该点的当地声速之比，由图5可知，机翼前缘上表面处马赫数最大，该点处气流速度最快，机翼上表面马赫数大于机翼下表面马赫数，机翼正前方气流和机翼正后方气流马赫数较小，气流速度相应较小。

3.3 机翼周围来流质量密度

机翼周围来流质量密度如图6所示。在机翼前缘处，机翼周围单位体积内空气质量最大，机翼上表面靠近驻点处，相对下表面来说质量密度较小。

3.4 机翼周围速度矢量

机翼周围速度矢量分布如图7所示。由图可知，机翼上表面速度大，下表面速度小。

4 结 语

经FLUENT软件对机翼绕流二维非定常流的分析结果可知，该模拟结构与伯努利方程在流体流动中的分析结果相同。模拟结果显示当气流流过机翼表面时，由于气流方向和机翼所采用的翼型，气流在机翼上下表面上静态压力、马赫数、质量密度、气流速度不同，结果表明流体中压力能和动能之间在不断发生转变，在机翼表明形成不同的压力分布，从而产生升力。

参考文献：

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