starccm+用MRF(移动参考坐标系法)进行螺旋桨气动参数分析
1.模型预处理
从openvsp中导出的螺旋桨模型如下图所示
处理方法为在catia创成式外形设计模块进行处理,修复-封闭曲面-结合,将曲面转化为包络体
这里考虑到螺旋桨轮毂过大,考虑两种处理方法:1.轮毂不做修改,但后续监测时不勾选轮毂 2.将轮毂修改为水滴形状
这里选择方法2进行修改,转化为包络体后螺旋桨如下图所示
2.导入表面网格
新建starccm文件,选择并行,计算进程数取决于本地电脑性能,与cpu核心数相关,示例中选择12
选择文件-导入-导入表面网格,将几何模型导入
在上方横排第15个选择启动表面修复-确定,点击右下角的执行全部,右边红色、绿色和蓝色部分都为0,或者红色部分不为0但较小,则说明模型没问题。
3.表面准备
1.将螺旋桨表面进行区分,分为轮毂和叶片
2.创建旋转域、远场和几个加密域(对远场有以下尺寸要求:半径大于5D,前方大于5D,后方大于10D,其中D为螺旋桨直径)
3.进行减运算,生成流体域,这里分为内外两个流体域,其中外流场为远场减旋转域,内流场为旋转域减螺旋桨
4.将计算域(即内外两个流场)分配给区域,下方选定为113.
4.连续体设置
创建连续体,并依次选择以下参数:三维-气体-耦合流体-理想气体-隐式非稳态-湍流-Komega湍流-解算方案插值
设置参考值,参考压力可设置为当前状态下的标准大气压。
初始条件中速度设置为0.01,静态温度随工况调整。
5.边界设置
1.创建内外两个流场的交界面,选择两个旋转域壁面,右击创建交界面。
2.将远场类型设置为自由流,将物理条件-自由流体选项修改为高度-马赫数,修改物理值:高度,流向和马赫数。
3.首先在最下方工具-参考坐标系处右击创建旋转,设置好轴方向,轴原点和旋转速率。然后将内流场-物理值-运动指定-参考坐标系改为旋转。
6.网格划分
在几何-操作处右键创建自动网格,内外流场分两步进行划分,其中外流场选择表面重构、自动表面修复、多面体网格(不选棱柱层),内流场则选择表面重构、自动表面修复、多面体网格、棱柱层。棱柱层计算时选择30层,增长率1.2,特征长度取螺旋桨直径,参考速度选择螺旋桨叶片75%处的线速度。
自定义控制中则是加密部分设置。外流场进行两层的体加密
内流场对螺旋桨轮毂、叶片表面进行面加密,对交界面禁用棱柱层,对螺旋桨进行线加密,另外进行两层的体加密。
最终网格结果如图所示(在衍生部件处创建截面用于观察网格)
7.求解器设置
在停止准则处,改最大步长为最大迭代时间,取约旋转5圈的时间(例如示例中是5000RPM的转速,则对于5转的时间为0.06s)。内部迭代次数修改为15。求解器-隐式非稳态中的时间步定义一度或者两度的时间(例如示例中5转即1800度,对应总时长为0.06s,那么一度对应的时间为0.06除以1800).
8.设置报告
新建力和力矩监测螺旋桨的推力和扭矩。并根据报告创建监视器和绘图。之后直接运行即可。