螺旋桨流场Euler∕NS数值解对比分析

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1、第4l卷第1期2011年1月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．41No．1Jan．20ll螺旋桨流场Euler／NS数值解对比分析罗淞，杨永，左岁寒(西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室，陕西西安710072)摘要：采用多块点对点网格生成技术，生成螺旋桨流场空间计算网格。针对不同前进比，分别求解Euler和NS方程对螺旋桨流场进行数值模拟，并与实验结果进行了对比分析。研究发现无粘和有粘的计算结果均接近于实验结果，因此基于Euler方程的流场数值模拟更适用于工程设计。关键词：螺旋桨；Eu

2、ler／NS方程：点对点网格中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1671．654X(2011)01．0074．04ComparativeandAnalysisofPropellerFlowFieldbyEuler／NSNumericalSolutionsLUOSong，YANGYong，ZUOSui—han(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAerody’namicDesignandResearch，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’

3、an710072，China)Abstract：Thepropellerflowsatdifferentadvanceratiosarenumericallysimulated．Thecomputationspre-dicttherotationalflowbysolvingEulerandNSequationsrespectively，usingfinitevolumemethodandmultiblock，point—to—point加ds．Thecomparisonandanalysisshowthatthenumericalresult

4、s，boththeinviscidandviscousones，gowellwithexperimentalresults．SincetheEulerresultssatisfytheaccuracydemandinengineeringalready，theEulersolverischoosetomoreapplicabletomeetthetimeefficientindesignperiod．Keywords：propeller；Euler／NSequations；point··to．-pointgrids引言随着CFD理论及技术的进步

5、，数值模拟得到的螺旋桨性能参数与实验结果之间的差别变得越来越小，从而在螺旋桨设计与应用工作中发挥着日益重要的作用，大大降低了实验验证的成本¨。2J。在控制方程的选择方面，尽管NS方程对应的数值结果更加接近真实情况，但是它的求解难度远高于Euler方程，从而导致更多的CPU时间的消耗旧1。在满足工程设计精度的前提下，科学合理的选择控制方程，能够进一步的缩短研制周期。本文分别采用求解Euler和NS方程，对定转速条件下前进比0．6—1．6的单独螺旋桨进行了流场数值模拟，通过与实验结果的分析对比，研究两种方法的模拟效果，为简化螺旋桨气动性能计算提供依

6、据。1数值方法三维积分形式的控制方程为詈肛dy+F刊．s=o其eeQ=[p，pu，∥，pw，e。]’，F为粘性和无粘通量矢量，以为控制体，a力为控制体边界，n为a仃的外法线方向单位矢量。规定物理量置于网格中心，每个网格为一控制体单元，对单元i积分，有K警+i豺死∽泌矿。式中，K为单元i的体积，拍(i)表示单元i的相邻单元，下标“i，_『”表示当前单元i与它相邻单元J的交界面，FⅢnij,SiJ分别表示界面i，歹的通量矢量，外法线单位矢量，面积。其中，通量E．『．nid可以分为两部分来计算：F：j’ntj=FItj’Fjj其中第一部分碟沩对流项构

7、成的无粘通量，第二部分Fi伪粘性项构成的粘性通量[4】。以有限体积法构造收稿日期：2010．07．02作者简介：罗淞(1985一)，男，四川广元人，硕士研究生，研究方向为流体力学。2011年1月罗淞等：螺旋桨流场Euler／NS数值解对比分析·75·空间半离散格式，无粘通量项采用三阶Roe迎风通量差分格式离散，粘性通量项采用中心差分格式离散。加速收敛采用多重网格方法。计算过程中采用双时间推进法阻63进行非定常计算，采用A．F近似因子化隐式格式进行离散。2模型及网格图1计算模型本文数值模拟模型为螺旋桨加中心体结构，主要部件包含有6片桨叶的螺旋桨和

8、中心体。总体结构如图1，桨叶表面网格如图2。网格生成采用ICEM—CFD，总共划分成270个子域，Euler数值模拟的网格数目为5800000，NS数