4119螺旋桨水动力分析

coolwolf0100 · 发表于 2013-8-7 09:42:52

帖子来源：http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=916567&extra=&highlight=%E8%9E%BA%E6%97%8B%E6%A1%A8&page=3

第一步是网格划分，六面体的网格比四面体的网格在数值耗散方面有更好的精度，两个优势：减少数值耗散（精度高）、收敛性好；所以网格方面我们首选纯六面体网格。

PS：4119型的螺旋桨，划分全六面体网格还是比较容易的，下面几张图片是楼主划分网格的示意图，过几天的时候我在把螺旋桨创建块的思路发上来和大家讨论，今天主要介绍螺旋桨的水动力计算。
螺旋桨桨叶及轮毂

桨叶的处理，由于桨叶是圆形的，这里一定要加一个C网才能保证网格质量

轮毂的处理，轮毂的两个头是圆形和锥形的，这里楼主采用的Y网
尾端

前端

网格质量，雅阁比矩阵可以大于0.3以上

网格最小角度，9度以上

网格数量，单是旋转计算域，网格数量接近300W

如果用四面体网格的话，要达到相同的精度，四面体网格的数量大约是六面体网格数量的3倍以上，这个数据是对比机翼绕流分析时得到的。

第二步时求解器的选择，可些入门级的朋友在选择CFX和Fluent求解器时会有犹豫，分不清两个求解器的优劣，这里谈下楼主对两个求解器的理解。
在功能方面，两个求解器基本上是一致的，流动传热、辐射、多相流、化学反应及燃烧、动网格等等，两个求解器都可以实现
在算法方面，Fluent的求解方法是最全的，包括基于压力和基于密度的求解器，而CFX仅仅一种求解器，类似于FLuent里面的基于压力的耦合求解器（能够求解全范围的流动，从低速到超声速）。
在收敛性方面，在网格、模型、边界条件一致的情况下，似乎CFX的收敛性要比Fluent强一些，但是，无论哪个求解器，你一定不能单纯的查看残差曲线来判断收敛，一定要有全局的量最为参照，换句话说，即使残差值符合标准，得到的结果也不一定是收敛的。
在应用领域方面，CFX在旋转机械、流固耦合两个方面是有绝对优势的，它的前身就是专门做旋转机械的，这两点毋庸置疑。但是涉及到多相流、化学反应的问题，一般使用FLuent会多一些（个人感觉Fluent里面模型的选择比CFX要清晰，方便一些，精度方面并没有参考数据说明哪个好哪个坏）。

如果算螺旋桨的话，建议使用CFX。

第三部，计算域及模型的设置
我选取计算的工况是进速比0.833，空泡数为2.05.
CFX提供了现成的计算空化的模板，在创建新的分析时，我们选择现成的模板，见下图

选择相应的空化模型的模板

之后的工作就是定义计算域与边界条件了

这里我们要创建两个计算域，包含螺旋桨网格的旋转域和与之连接的静止计算域

下面是两个计算域交界面的设置，

在上图的第二个选项处，有两种选择方法，第一种是frozen rotor选项，我们计算旋转机械的稳态问题时，要选择这个选项，如果我们要计算螺旋桨在旋转整个周期的所有位置的状态，那么我们要采用瞬态的算法，这个地方就有有一个 transient rotor的选项，可以实现计算域的旋转。
还有一个pitch change选项，这里由于我们划分的网格是全通道的，选择none就可以了

接下来要设置计算域，我们要得到螺旋桨的空化结果，这里我们分两步走，第一步是计算不带空化的流场；第二步是以第一步的计算结果为初值，把空化模型激活

第一步，不带空化的设置

这里我们把质量传递选择none就可以了。

下面是边界条件的设置，我们采用CEL来设置

coolwolf0100 · 发表于 2013-8-7 09:44:32

本帖最后由 coolwolf0100 于 2013-8-7 10:29 编辑

第五步，我们要以上面的计算结果为初值，计算空化
首先我们要把空化模型打开，生成一个新的def文件
在求解器里面，选择以初始值来开始计算，见下面的图

下面就是计算的过程了，加入空化之后，你会发现，收敛起来十分困难，楼主设置的迭代次数为5000次
，大约到3000步左右才开始收敛，看一下收敛曲线

残差

监测点

可以看到，有很长的一段，迭代是不能收敛的，推力系数和转矩系数也一直在波动，直到3000步以后，收敛才逐渐变得安定。

看下结果

桨叶表面的最低压力为空化压力，不会比这个值低

桨叶吸力面上水蒸汽的体积分数

coolwolf0100 · 发表于 2013-8-7 09:43:58

本帖最后由 coolwolf0100 于 2013-8-7 10:05 编辑

设置监测点，把我们在cel中定义好的推力系数与转矩系数添加进去

第四部求解，旋转域与静止域总共的网格数量大约为350W，我们采用16核并行计算，得到的收敛曲线如下
残差曲线

监测点设置的推力系数与转矩系数

最终，推力系数会稳定在-0.136上，这个值已经和实验值十分接近了

进入后处理查看结果
压力面（推水的一侧），全部为正压（绝对压力）

吸力面，出现低压区，发生的位置在叶稍

这部分区域是将要发生空化的区域。

我们还可以计算一下桨叶的受力

coolwolf0100 · 发表于 2013-8-7 10:32:54

图片打包一并发上来了

小七工作室 · 发表于 2013-8-7 15:31:59

好东西学习了

hero1224 · 发表于 2013-8-28 23:04:11

没有接触过此类算例，现在比较关心网格划分的block

hero1224 · 发表于 2013-8-28 23:07:17

版主有没有相关的船分块例子或者思路，刚开始做结构网格，没一点头绪。

johnnad · 发表于 2013-8-30 18:39:50

coolwolf0100 发表于 2013-8-7 10:32
图片打包一并发上来了

楼主很强大，能不能把block也上传，大家学习一下，桨叶部分有点难处理。本人新手

allenxiaoyan · 发表于 2013-9-14 11:38:59

正在学习，好资料谢谢

simwenine · 发表于 2013-9-15 08:40:37

LZ给力啊，新人我真是这个方向的

simwenine · 发表于 2013-9-15 08:47:58

斗胆能求螺旋桨的几何文件么？

coolwolf0100 · 发表于 2013-9-16 08:29:12

simwenine 发表于 2013-9-15 08:47
斗胆能求螺旋桨的几何文件么？

simwenine · 发表于 2013-9-16 14:49:42

coolwolf0100 发表于 2013-9-16 08:29

谢谢楼主，试着做做这个例子

红袖添香夜啃书 · 发表于 2013-10-17 17:23:20

楼主能不能详细讲解一下block的划分？这几天一直在尝试，但是都不能画出来......

:'(:'(

chenming547 · 发表于 2013-10-19 10:02:38

斑竹威武啊

chenming547 · 发表于 2013-10-20 11:49:43

楼主，你说的是建立螺旋桨的流体域很容易，还是螺旋桨本身很容易啊，我觉得流体域不是很好建立的，如果流体域有什么好的方法，希望可以分享思路。谢谢

spfame · 发表于 2013-10-21 13:52:25

楼主在3000步之前不收敛的时候楼主是调了什么参数才收敛的。。

jinphia · 发表于 2013-10-23 15:56:49

不错啊，没接触过CFX，听说过是专门计算旋转机械的，本人目前也开始试fluent了。仿真软件博大精深啊。

chenming547 · 发表于 2013-10-26 08:32:37

斑竹您看看，我的流线图为什么在出了交界面的地方就变直了？

chenming547 · 发表于 2013-11-1 11:23:32

我的云图上也很奇怪的绝对压力云图

速度云图

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[分析实例] 4119螺旋桨水动力分析

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