2021-fluent算例精选50｜发动机喷管内流分析

CFD入门到精通

fluent/openfoam/cfx/starccm

关注

SPRING

你好，CFDer

你好，CFDer

任凭世间纷扰，静守岁月安好

从此刻起，莫负时光，

开始今天的学习啦，你好CFDer。

如何免费获取本算例全部原始文档（mesh、cas、dat）？

亲，请扫描下面二维码或者点击左下角阅读原文，找到精选案例源文件专区免费获取啦，仅供学习使用！

 

目 录

1.摘要

2.翼型模型介绍

3.前处理

4.求解设置

4.1启动Fluent

4.2读入文件

4.3定义求解器

4.4模型设置

4.5设置材料

4.6边界条件设置

4.7设置参考值

4.8求解方法设置

4.9求解过程监视

4.10流场初始化

4.11求解设置

5.后处理

5.1启动Results模块

5.2迭代残差收敛曲线和升阻力曲线

5.3云图显示

5.4矢量图显示

6.结论

1.       摘要

喷气发动机中把高压燃气(或空气)转变为动能，使气流在其中膨胀加速以高速向外喷射而产生反作用推力的部件，又称排气喷管、推力喷管或尾喷管。喷管类型很多，有固定的或可调的收敛喷管、收敛-扩散喷管,引射喷管和塞式喷管等，根据飞行器性能和发动机工作特点选用。高速歼击机大多采用可调的收敛喷管和可调的收敛－扩散喷管或引射喷管；火箭发动机常用固定式收敛-扩散喷管；垂直或短距起落飞机采用换向喷管。

气流在喷管入口处的总压与出口处的静压之比称为喷管落压比、膨胀比或压力比。收敛-扩散喷管出口面积与临界截面面积（最小截面处的面积）之比称喷管膨胀面积比，通称面积比。当气流膨胀到喷管出口处的静压恰等于外界大气压力时,称为完全膨胀喷管,其性能最佳，当气流在喷管出口处的静压大于外界大气压时，称为不完全膨胀喷管，气流的压力能没有充分转化为动能。当气流在喷管出口处的静压低于外界大气压时称为过膨胀喷管，这时将出现负的压力推力。

2.       模型介绍

本实例采用CFD仿真软件Fluent对发动机喷管内流动分析问题进行了模拟分析。对文献Cuffel R F, Back L H, Massier P F.Transonic flow field in a supersonic nozzle with small throat radius of curvature [J].AIAA Journal, 1969, 7(7):1364-1366.中JPL喷管两相流场进行了计算,喷管的结构如图所示,单位为毫米.模拟工况为:喷管进口处总压1.0342MPa,总温555.0K,气流方向角0°;、

图1  模型示意图

3.       前处理

在ICEM CFD中建立二维模型。将模型边界分别命名为进口in、出口out、上下翼面分别命名为wall，axis，如图2所示。计算域网格如图3所示。将ICEM CFD划分完成的网格导出，存为jpl.msh文件。

图2  模型命名示意图

图3  计算域网格

4.       求解设置

4.1        启动Fluent

双击Fluent，将Dimension修改为2D，如图4所示。

图4  Fluent 启动界面

4.2        读入文件

在FLUENT主界面中，单击主菜单中【File】→【Read】→【Mesh】，弹出如图所示的Select File对话框，选择扩展名为jpl.msh的网格文件，单击OK按钮便可以导入网格。

点击【General】→【scale】，进行网格尺寸调整。

点击【General】→【check】，检查网格质量，确保不存在负体积，检查结果如图5所示。

图5  检查结果

4.3        定义求解器

点击模型树中的【General】，在面板中，Time类型选择Steady，设置如图6所示。

图6  总体模型设定面板

4.4        模型设置

打开模型树中的【Model】→【Viscous】选择k-epsilon模型，其余保持默认，设置如图7所示。

图7  湍流模型设置

4.5        设置材料

双击模型树中的【Materials】， 按照图8依次进行操作。双击air材料，在弹出的对话框，保持默认即可。

图8  材料设置

4.6        边界条件设置

双击【Boundary Conditions】，编辑【Zone】中的up，在下方的TYPE中选择为pressure-inlet，Gauge total pressure 设置为1034200，supersonic gauge pressure 设置为1034190,specification method 设置为intensity and hydranlic diameter，设置turbulent intensity 为10， hydranlic diameter为127。

编辑【Zone】中的out，在下方的TYPE中选择pressure-out，设置如下。

编辑【Zone】定义wall为Wall默认。

编辑【Zone】定义axis为axis默认。

图9  边界设置

4.7        单元格区域条件设置

双击【cell zone Conditions】，编辑【operation condition】中的操作压力修改为0。

图10  cell zone Conditions条件设置

4.8        求解方法设置

4.8.1   求解方法

双击【Solution Methods】，参数设置如下图所示。

图11  求解方法设置

4.9        求解过程监视

计算残差监控，右击【Residual】→【convergence criterion】→none点击OK，残差设置如下图所示。

图12  残差设置

流量监控

右击【Report Definitions】→【New】→【surface Report】→【mass flow rate】，弹出如图所示的对话框，Name 更改为mass flow，在【Report Type】选择mass flow rate，Surface选择in、out。

图13  升力系数监控设置

4.10   流场初始化

双击【Initialization】,默认Hybrid Initialization，单击Initialize，如下图所示。

图14  流场初始化

4.11   求解设置

双击【Run Calculation】，设置Number of Iterations为10000步，单击Calculate，开始计算，如图所示。

图15  求解设置

5.       后处理

5.1        迭代残差分析

迭代残差收敛曲线和升阻力曲线如图所示。

图16  残差收敛曲线

图17  流量

5.2        云图显示

单击

，创建云图，单击Display，结果如图所示。

图18  压力云图创建

 

图19  压力云图显示

图20  马赫云图创建

图21  马赫云图显示

5.3        矢量图显示

单击

，在Location中选择int_fluid，单击Display，结果如图所示。

图22  速度矢量图创建

图23  速度矢量图

5.4        压力线图

单击 ，创建线图，单击Display，结果如图所示

图27  中心线与壁面沿程表压力创建图

图28  中心线与壁面沿程表压力图