Визуализация пограничного слоя в ANSYS CFD-Post

ShlirenВопросы, связанные с визуализацией вихревых структур, являются актуальными при численном моделировании течения турбулентных потоков, анализе переходных явлений и пр.

Для этого обычно используют градиенты основных или производных скалярных полей. Часто используется критерий Lambda 2 – это критерий вихревого усиления и Q-критерий – инвариант тензора градиентов скорости. Отметим, что в постпроцессоре CFD-Post эти критерии присутствуют по-умолчанию и доступны через закладку Vortex Core Region.

Для анализа сжимаемых течений (высокие числа Маха) «рисуют» численные шлирен-фотографии, подобные тем, что показаны на рисунке слева.

Сегодня мы не будем подробно рассматривать вопрос визуализации структуры турбулентного потока и подходы, которые при этом используются. Ограничимся только одним вопросом, связанным с визуализацией пограничного слоя в CFD-Post. Далее немного рассуждений общего характера.

Возмущения, которые вносятся в поток обтекаемым телом (например, профилем крыла), при числах Re >>1 локализуются в относительно тонких пристеночных слоях, что позволяет использовать при инженерных расчетах модель пограничного слоя конечной толщины delat. За пределами этого слоя течение можно считать невозмущенным. Соответственно, основное влияние вязкости сосредоточено в пределах пограничного слоя, где скорость потока по нормали к стенке монотонно изменяется от нуля на стенке (условие прилипания) до скорости невозмущенного течения.

При этом за толщины слоев delatпринимают значения координат y по нормали к стенке, при которых скорость, температура и пр. в них отличаются от соответствующих значений этих величин во внешнем потоке на 1% (см. рисунок ниже, на котором показана схема развития пограничного слоя).

Laminar boundary layer

Этим «удобным» допущением обычно и пользуются для визуализации пограничного слоя в ANSYS CFD-Post. Безусловно, в данный подход заложены определенные неточности, которые могут быть сняты при использовании интегральных характеристик толщин пограничных слоев (толщины вытеснения, толщины потери импульса и пр.).

Читать далее

Как определить положение центра давления в CFD-Post?

2015-08-10_11-21-53Сегодня немного поговорим об аэродинамике и дадим ответ на такой интересный вопрос: как определить положение центра давления в CFD-Post?

Для  начала решим вопрос с терминологией.

В аэродинамике центром давления называют точку пересечения равнодействующей аэродинамических сил R с хордой крыла. В более общем смысле, центр давления — это точка тела, в которой линия действия равнодействующей сил давления на тело окружающей среды пересекается с некоторой плоскостью, проведённой в теле.

Соответственно, это важный параметр в аэродинамике крыла, без которого мы не сможем добиться необходимого равновесия крыла в полете.

Отметим так же, что положение центра давления зависит от формы профиля и угла атаки.

С другой стороны, под центром давления мы можем понимать просто точку приложения сил давления на поверхности крыла. В этом случае мы можем ее вычислить, используя следующие выражения:

CPx = areaAve(X*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface
CPy = areaAve(Y*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface
CPz = areaAve(Z*Absolute Pressure)@surface/areaAve(Absolute Pressure)@surface

Для первого «классичсекого» варианта нам дополнительно потребуется определить величину аэродинамического момента T, действующего на крыло. Тогда выражения для вычисления положения центра давления можно записать в следующем виде:

TSURFx = torque_x()@surface - ( Y*force_z()@surface - Z*force_y()@surface)
TSURFy = torque_y()@surface - ( Z*force_x()@surface - X*force_z()@surface)
TSURFz = torque_z()@surface - ( X*force_y()@surface - Y*force_x()@surface)

Далее вам необходимо построить изоповерхность этой переменной со значением, близким к нулю. В результате вы получите цилиндр, ось которого совпадает с направлением действия равнодействующей аэродинамических сил.

Наконец, выведите на этой поверхности поле этой пользовательской переменной.

С уважением, Денис Хитрых.

Создание сетки для крыла с механизацией в ANSYS ICEM CFD

В этом примере будет рассмотрена методика построения структурированной расчётной сетки для профиля с предкрылком в сеточном препроцессоре ANSYS ICEM CFD. Предполагается, что пользователь в общих чертах знаком с интерфейсом ANSYS ICEM CFD.

wing

Полное описание всех шагов приводится в файле «ICEM CFD_wing mesh_1.pdf», который вы можете скачать по ссылке ниже.

Кроме этого, для удобства мы выложили геометрическую модель крыла. Она сохранена в формате ICEM CFD (файл с расширением *.tin).

[YadiskFiles label=»Скачать файл ICEM CFD_wing mesh_1.pdf» href=»http://yadi.sk/d/thZcD97GS7tmp» name=»ICEM CFD_wing mesh_1.pdf» size=»569.97 KB»]

[YadiskFiles label=»Скачать файл 2d airfoil.tin» href=»http://yadi.sk/d/jSFXpRvUS7ugz» name=»2d airfoil.tin» size=»32.9 MB»]