NACA4412翼型分离涡计算的混合网格策略研究

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1、第4I卷第4期2011年7月航空计算技术Aemn曲ncalC伽put崦‰hniqueV01．41No．4Ⅲ．2011NAcA4412翼型分离涡计算的混合网格策略研究周磊。杨振虎(中国航空计算技术研究所气动数值模拟航空科技重点实验室，陕西西安710068)摘要：以NAcA“12翼型为倒，针时低速大攻角舍有分离涡的复杂流动，提出了一种采用推高局部附面层网格的方法来改善分离涡模拟的新网格生成策略。数值算例表明，这种推高各向异性单元区域总层高的混合网格能够较合理地捕捉到分高流动满区的位置和大小，数值实验和分析表明．这种网格生成策略是合理有效的。关键词：

2、NAcA4412；混合网格；两方程模型中图分类号：v211文献标识码：A文章编号：167l一654x(2011)04-002l-03Re啪rchonHybridGridStmtegyforNACA4412Airfbnno娟eldSim山娟蚰ZHOUki．YANGZhen—hu(Aero眦u斑oZco口妒眦打w‰^嘶粥飚∞朋^胁疵眦，崩’nn710068，c^打m)Ak缸瞿ct：lntllepaper，anewhy晡d加dgener缸ionstmtegybyincre船ingthetotalheight0f粕i咖picelemenIz蚰eispr

3、e∞ntedforNACA“12ai南ilc哪putation．Result8ofnumedcaltestindicatethatsuchstrategycanre咖nablycapturetIleiInp嘣粕tfeature0fsep蛳tionnowzone．Keywords：NAcA“12；hy¨d矛d；tw0-equ舭ionmodel引言计算流体动力学(cFD)是现在和未来高性能飞机研制必不可少的工具和手段，它和传统的风洞试验相结合，使飞机设计师可以以最快的速度、最经济的途径获得最佳的设计。计算网格是采用数值模拟求解流场的基础，在很大程度

4、上决定了流场数值模拟的精确度，直接关系到CFD计算问题的成败。朱自强在文[1]中有很好的总结分析。网格生成技术是cFD发展的一个重要分支，而网格生成阶段所需要的人力劳动几乎占整个cFD计算周期的60％以上，而要生成一套满足计算精度的高质量网格，是离不开cFD专业人士的。采用分区结构网格来构造复杂外形网格时，若复杂外形需做局部修改或改变其构型，一般需要重新划分区域和构造网格而耗费较多的人力和时间。而非结构网格舍去了网格节点的结构性限制．易于控制网格单元的大小，形状及网格点的位置，因此比结构网格具有更大的灵活性，对复杂外形的适应能力也更强。此外．对

5、于结构网格．在计算域内网格线和平面应保持连续，并正交于物体边界和相邻的网格线和面；而非结构网格则无此限制，这就消除了网格生成中的一个主要障碍，且其网格中的一个点周围的点数和单元数是不固定的，可以合理地分布网格的疏密，提高计算精度。在粘流流场的数值计算中，为了能够以合理的网格规模更细致地模拟固壁附近的牯性效应，An0一is等人”1建议在边界层区内采用各向异性的混合网格策略。如二维计算时在近壁区生成贴体的结构化狭长的四边形网格，而外部大部分流场用三角形非结构网格单元来填充；三维计算时在物面附近生成截面为三角形的三棱柱半结构性网格，再与外场中的非结构

6、网格构成混合网格。由于这种混合网格策略确保了在壁面法线方向有尽可能多的网格点，非常适合于边界层中牯性项的计算．另外在物面仍然保持非结构网格特点，可以保持非结构网格较易生成的特点，减轻初始网格生成的工作量。然而，对于这种混合网格生成策略来说，仍有很多关键的网格生成参数可能会影响到最终的计算网格的特点，最终影响计算结果。众所周知的两个关键参数是固壁面附近第一层网格点的高度，以及各向异性网格的相邻层之间层高之比(简称纵横比)，人们对这两收藕日期：20lO一∞一02修订日期：20ll一04一所基金项目：总装备部装备预研基金项目资助(9140AI卯3∞H

7、髓1)；航空科学基金项目资助(2∞8143l∞3)作者简介：周磊(19醯一)．男．浙江海宁人．研究员，主要研究方向为计算流体力学。航空计算技术第41卷第4期个因素最为关注，许多研究网格参数对计算结果影响的文章都关注到这些网格生成参数，历届AIAA阻力预测会议所发布的网格生成指南中都对这两个网格生成参数有严格的规定。但是另一个网格生成参数，即各向异性层网格的总层高，往往被人们所忽视。本文针对NAcA4412翼型，采用不同的混合网格策略，研究了不同的各向异性网格的总层高其对计算结果(特别是分离涡区的大小和位置)的影响，并与风洞实验值进行了对比分析研

8、究。l计算方法本文采用基于混合网格的格点格式的有限体积法求解RANs气动方程组，时间项离散采用龙格库塔时间推进计算，空间离散使用Jameson的中心差