機翼理論主要研究翼型在流體中運動時的力學特性。在工程領域中，機翼以升力面、控制面、葉片或槳葉等形式出現。艦船上的舵、水翼、減搖鰭等都是機翼，螺旋槳、汽輪機葉片和壓縮機葉片也都是利用機翼原理工作的，而在研究船舶操縱性時，甚至還可把船體的水下部分看作一個巨大的機翼。

隨著航空科學的發展，世界各主要航空發達的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DVL系列，英國有RAF系列，蘇聯有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設計人員選取合適的翼型。本算例以NACA65(1)-212翼型為例，簡單介紹使用STAR-CCM+進行二維翼型氣動性能計算的一般步驟。

大多數情況下，翼型的氣動性能計算采用二維網格模型。二維網格能夠滿足計算的需求，同時又不至于消耗過多的計算資源，一定程度上提高計算的效率。STAR-CCM+雖然支持對二維網格模型的求解，但不支持導入二維幾何實體，也無法直接生成二維網格，但可以實現三維網格到二維網格的轉換。本算例利用STAR-CCM+三維網格轉換成二維網格的功能，現在STAR-CCM+中生成三維的翼型繞流網格，再將該三維網格轉換成二維網格，最后利用二維網格進行求解。

1、建立翼型幾何

右鍵單擊模型樹中幾何下的3D-CAD 模型，選擇新建，在3D設計模式中建立三維翼型實體。右鍵點擊3D-CAD Model 1，選擇導入>3D 曲線，選擇翼型數據文件。翼型數據必須為.CSV格式文件，且各行數據為以下形式：

每行依次為各數據點的x、y、z三點坐標，中間以英文半角逗號分隔。（上圖以Excel打開，但文件類型必須用CSV格式，可以在txt文檔中編寫，再將后綴格式改為CSV）

點擊確定，生成的翼型曲線如下：

右鍵點擊特性下的XY，選擇創建草圖，建立XY平面上的草圖。在草圖中右鍵點擊翼型曲線，此時選中的曲線變成品紅色，在彈出菜單中選擇映射至草圖，將3D曲線映射到草圖中。

使用創建點命令在翼型尾緣(1，0，0)處放置一個點，右鍵單擊該店，選擇應用固定約束，建立固定約束，使該點的位置不變。使用創建中心點圓弧命令建立翼型流場前段的圓弧，以新建立的固定點為圓心，使圓弧的兩個端點與圓心同處于一條垂直線上。利用創建線命令建立剩余的線段：

在線段上點擊鼠標右鍵添加約束。給兩條垂直線段添加水平約束（Apply Horizontal Constraint），給兩條垂直線段添加垂直約束（Apply Vertical Constraint）。同時選中圓心點和垂直線段，右鍵點擊應用距離尺寸添加尺寸，輸入尺寸20m；右鍵點擊圓弧，選擇應用半徑尺寸添加圓弧半徑尺寸，輸入尺寸10m。點擊確定退出草圖。

生成的草圖自動命名為Sketch 1，樹狀圖中右鍵點擊草圖Sketch 1，選擇拉伸命令，拉伸草圖使之成為實體。在距離中輸入1m，不要使用雙向拉伸，確保有一個面在XY平面上。

選擇翼型壁面的表面，右鍵重命名，將其命名為Wall。

將半圓表面和流場上下表面命名為Inlet。

將流場尾部的垂直表面命名為Outlet。

將翼型壁面的兩條特征曲線命名為Airfoil Curves。

點擊關閉3D-CAD，退出3D設計模式。

2、生成流場實體模型

可以看到3D-CAD Model下多出了3D-CAD Model 1，3D-CAD Model 1即為新生成的翼型流程幾何模型，我們需要將其轉換為實體模型：右鍵單擊3D-CAD Model 1，選擇新幾何零部件，在彈出的零部件創建選項中將重合容差改為1.0E-8，網格化密度改為非常精細(Very Fine)。此時新生成的實體模型顯示為體組下的Body 1，命名的特征曲面和特征線也顯示在模型樹中。

3、生成翼型流場三維網格

右鍵單擊零部件中的Body 1，選擇分配零部件至區域，依次選擇：為每個零部件創建區域、為每個零部件創建一個表面、為所有零部件曲線創建一個特征線。區域中的Inlet邊界設置為速度進口，Outlet設置為壓力出口，Default和Wall保持默認的壁面。

右鍵單擊操作，選擇新建>網格>自動網格，在彈出的創建自動網格操作中，零部件選擇Body 1，網格生成器依次選擇：表面重構、自動表面修復、多面體網格和棱柱層網格生成器。默認控制中，基礎尺寸設置為0.8m，面網格增長率1.1，棱柱層數3，棱柱層延伸1.2，棱柱層總厚度0.01m，核心網格優化中的優化循環設置為3，質量閾值設置為0.7。右鍵自定義控制，選擇新建>曲線控制，零部件曲線選擇airfoil curve，目標表面尺寸為0.001m，最小表面尺寸為5.0E-4m。

最終生成的三維網格數量約38萬。

4、將三維網格轉化為二維網格

點擊模型樹中表示>Volume Mesh>有限體積區域>Body 1 2D可以查看單元網格的信息。

5、選擇物理模型

網格轉換后，在樹狀圖的連續體下可以看出多了Part Meshes、Physics 1和Physics 1 2D，其中，Parts Meshes是網格模型，Physics 1和Physics 1 2D是物理模型。Physics 1是三維網格的物理模型，這里不需要，將其刪除；Physics 1 2D是二維網格的物理模型，右鍵單擊Physics 1 2D，選擇模型：

選擇物理模型之后，樹狀圖中Physics 1 2D變成激活狀態。將物理模型中氣體材料屬性的密度改為1.225kg/m³，動力粘度改為1.7894E-5Pa-s。

在物理模型中設置初始狀態，可以減少迭代次數，加快收斂速度。將湍流指定設置為密度+長度縮放，湍流強度設置為0.01，湍流長度比例設置為0.07m。（湍流長度尺寸L=0.07D，D為湍流充分發展管道的水力直徑）

6、設置邊界參數

將Inlet邊界條件下物理條件的速度指定設置為值+方向，湍流指定設置為密度+長度縮放，物理值的速度幅值設置為22m/s，流向的值設置為[0.9962，0.0872]（攻角為5°），湍流強度設置為0.01，湍流長度比例設置為0.07m。同樣的，Outlet邊界條件下湍流指定設置為密度+長度縮放，湍流強度設置為0.01，湍流長度比例設置為0.07m。

7、設置監視器

建立升力系數和阻力系數的報告。樹狀圖中報告節點上右鍵單擊，選擇新報告>力系數，將新建立的報告命名為Drag Coefficient。將Drag Coefficient的方向改為[0.9962, 0.0872, 0.0]，基準密度改為1.22kg/m^3，基準速度改為22m/s，零部件選擇Body 1 2D:Wall。

同樣的方法，復制Drag Coefficient，在報告中粘貼，將新建立的報告命名為Lift Coefficient，方向改為[-0.0872, 0.9962, 0.0]。

分別選中Drag Coefficient和Lift Coefficient，右鍵單擊選擇根據報告創建監視器和繪圖。將停止標準中的最大步數設置為6000。

阻力系數：

升力系數：

壓力云圖：

翼型的壓力系數：

流線圖：

攻角為5°的工況下，NACA65(1)-212翼型的升力系數為0.66472，阻力系數為0.01278。

文章來源：OceanCFD