網(wǎng)格對數(shù)值計算可信度的應(yīng)用研究

摘? 要：在飛機型號研制中以提高CFD的模擬精度為目標(biāo)，本文重點驗證網(wǎng)格量對數(shù)值計算精度的影響研究。選用AIAA第二屆阻力預(yù)測會議的DLR-F6翼身（WB）組合體作為標(biāo)模算例，結(jié)合SA湍流模型對粗、中、細三種不同密度的官方非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進行數(shù)值模擬，并將計算結(jié)果與官方的試驗數(shù)據(jù)進行對比。計算結(jié)果表明：網(wǎng)格細分是準(zhǔn)確預(yù)測阻力的關(guān)鍵;中等網(wǎng)格在計算精度和計算效率上更有優(yōu)勢?？蔀轱w機的氣動力設(shè)計提供一定的工程經(jīng)驗方法借鑒。

關(guān)鍵詞：CFD;DLR-F6;網(wǎng)格;湍流模型

1? 引言

為提高阻力預(yù)測的準(zhǔn)確性、美國AIAA于2003年召開了第二屆阻力預(yù)測會議（DPW-II）[1]，選擇DLR-F6的2個模型為標(biāo)準(zhǔn)算例，其主要目的是分析阻力對網(wǎng)格尺寸的敏感性。國內(nèi)也組織了"航空CFD可信度專題研究活動"以考察網(wǎng)格以及湍流模型對數(shù)值模擬的影響。本文選用DLR-F6翼身組合體（WB）為標(biāo)準(zhǔn)算例，采用粗、中、細三種不同密度的官方非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和SA[2]湍流模型進行了數(shù)值計算研究。將計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，來研究網(wǎng)格量對計算結(jié)果精度的影響程度和考察網(wǎng)格收斂性。

2? 計算模型

DLR-F6標(biāo)模屬于典型的高亞音速運輸機布局，翼展為0.1412m，半模的參考面積為0.0727m2，本次計算采用外形相對簡潔的翼/身組合體（F6-WB）構(gòu)型，計算條件與風(fēng)洞試驗保持一致。DLR-F6標(biāo)模如圖1所示。

3? 計算工況

本文選取單狀態(tài)點驗證工況：

馬赫數(shù)：0.75，

雷諾數(shù)：3×106，

迎角（°）：0.5。

4? 湍流模型及網(wǎng)格

4.1? 湍流模型

關(guān)于CFD結(jié)果影響最顯著的因素除網(wǎng)格外，還有湍流模型，當(dāng)前RANS方法采用的各種湍流模型均有一定的適用范圍。以下針對DLR-F6翼型，采用在工程上常用的SA湍流模型進行計算。

4.2? 官方網(wǎng)格

AIAA DPW II提供的粗、中、細三種不同密度的官方非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格以及網(wǎng)格量如圖2所示。

5? 計算結(jié)果及分析

對DLR-F6的翼身（WB）組合體進行以SA湍流模型和不同網(wǎng)格密度組合的數(shù)值計算。計算結(jié)果參見表1和表2。

升力系數(shù)受網(wǎng)格密度影響較小;俯仰力矩系數(shù)計算結(jié)果與試驗結(jié)果的差量在5%以內(nèi);網(wǎng)格量對阻力系數(shù)影響較大，隨網(wǎng)格細化阻力系數(shù)減小，逼近試驗值，但是網(wǎng)格量過大，會使生成網(wǎng)格難度加大，需要更多的計算機資源和更多的時間迭代到收斂，合適的網(wǎng)格是準(zhǔn)確預(yù)測阻力和其他相關(guān)氣動力的關(guān)鍵。

6? 結(jié)論

進行數(shù)值模擬后得到如下結(jié)論：

1）粗、中、細三種網(wǎng)格相比較，細網(wǎng)格的升阻力系數(shù)與試驗值更逼近，中等網(wǎng)格計算精度與細網(wǎng)格基本相當(dāng);

2）在工程應(yīng)用方面，考慮到計算機資源和工程效率，中等網(wǎng)格在計算精度和計算效率上更有優(yōu)勢。

參考文獻

[1]? http：//aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aiaa-dpw/Workshop2/worshop2.html（AIAA第二屆阻力預(yù)測會議官方網(wǎng)站）

[2]? Spalart P R，Allmaras S R. A One-equation Turbulence Model for Aerodynamic Flow. AIAA 92-0439.

作者簡介：遲永一（1979～），男，遼寧葫蘆島人，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，碩士學(xué)位，高級工程師，研究方向：飛機氣動布局設(shè)計。