超音速流動的案例
Fluent專家-流動-4 (機翼超音速流動)
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Fluent專家-流動-4
(機翼超音速流動)
案例簡介
機翼模型如下圖所示，其中周圍馬赫數(shù)為0.8，攻角α=4°，通過fluent來分析機翼外流場情況。
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展開 噴管中正激波超音速流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了噴管中正激波超音速流動，來流最大馬赫數(shù)為2.2。
計算域：噴管長2m，出口與喉道面積比為3
物質(zhì)屬性：理想氣體，粘度為1.7894e-5kg/m-s
邊界條件：來流壓力為200kPa，總溫為500K，墻壁溫度為328K，出口表壓為75kPa
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為8000
計算設(shè)置
本次計算為穩(wěn)態(tài)湍流計算。
物質(zhì)屬性
計算域內(nèi)流體物質(zhì)為空氣，設(shè)置它的密度和粘性參數(shù)
湍流模型
本次計算為層流計算
能量方程
激活能量方程
邊界條件
計算域左側(cè)為壓力入口
計算域右側(cè)為壓力出口
設(shè)置噴管壁面溫度
設(shè)置求解方法和松弛因子
計算結(jié)果
計算域壓力場云圖
計算值與實驗值對比
噴管中心線位置處馬赫數(shù)對比
參考文獻
F. M.White. Fluid Mechanics. 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY.
518-531. 1994.
展開 FLUENT縮擴噴嘴超音速流動模擬
本教程演示了二維縮擴噴嘴超音速流動問題的設(shè)置和求解。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A。
2 導(dǎo)入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入cad幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網(wǎng)格劃分。
（2）右鍵模型入口和出口邊界，分別輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。
（3）設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.1m。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項，開始生成網(wǎng)格。
（5）網(wǎng)格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網(wǎng)格。
（6）執(zhí)行主菜單File→Close Meshing命令，退出網(wǎng)格劃分界面，返回到Workbench主界面。
（7）右鍵單擊Workbench界面中A3 Mesh項，選擇快捷菜單中的Update項，完成網(wǎng)格數(shù)據(jù)往Fluent分析模塊中的傳遞。
4 定義模型
（1）雙擊A4欄Setup項，打開Fluent Launcher對話框，單擊OK按鈕進入FLUENT界面。
展開 超音速飛機推進系統(tǒng)優(yōu)化——擴壓器的CFD仿真分析
總的來說，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果相當(dāng)一致，這表明 CFD 模塊可以精確地求解高速湍流，包括超音速流動和激波。利用這一功能，工程技術(shù)人員可以優(yōu)化跨音速擴壓器的設(shè)計，并增強超音速飛機的推進系統(tǒng)。
來源：COMSOL
激波管內(nèi)的超音速流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了充氫激波管內(nèi)瞬態(tài)流動的數(shù)值模擬。隔膜將管內(nèi)高、低壓力區(qū)域分離開，在T＝0時破裂，從而在管中產(chǎn)生沖擊波。
計算域：管道長1m，截面面積為0.01m2
物質(zhì)屬性：密度選擇Aungier-Redlich-Kwong理想氣體模型
邊界條件：初始時設(shè)置高、低壓區(qū)域壓力
網(wǎng)格劃分
采用六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為102400
計算域中，左側(cè)為高壓區(qū)域，右側(cè)為低壓區(qū)域。
計算設(shè)置
本次計算為瞬態(tài)流動。
物質(zhì)屬性
計算物質(zhì)設(shè)置為氫氣，設(shè)置它的密度等參數(shù)
湍流模型
選擇無粘流動
能量方程
激活能量方程
初始化
設(shè)置初始計算域壓力為1e+07
利用patch功能設(shè)置高壓區(qū)域壓力為5e+07
迭代計算
時間步長設(shè)為5e-07
計算結(jié)果
計算域壓力和溫度云圖
計算值與實驗值對比
管道中心軸上壓力對比圖表
管道中心軸上溫度對比圖表
參考文獻
K. Mohamed, M. Paraschivoiu, “Real Gas Numerical Simulation of Hydrogen Flow”. 2nd International Energy Conversion Engineering Conference, Providence, Rhode Island, Aug. 16-19, 2004
展開 超音速氣流繞凸角流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了來流馬赫數(shù)為2.5的超音速氣流繞凸角流動。
計算域：凸角角度為195°
物質(zhì)屬性：理想氣體，比熱為1006.43J/kg-K，摩爾數(shù)為28.966
邊界條件：來流壓力為202636.9 Pa，馬赫數(shù)為2.5，溫度為300K，墻壁為絕熱條件
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為8154
計算設(shè)置
本次計算為穩(wěn)態(tài)湍流計算，求解選擇密度基。
物質(zhì)屬性
計算域內(nèi)流體物質(zhì)為空氣，設(shè)置它的密度、比熱、摩爾數(shù)等參數(shù)
湍流模型
本次計算為無粘計算
能量方程
激活能量方程
邊界條件
計算域左側(cè)為來流入口，設(shè)為壓力遠場邊界條件
計算域右側(cè)為出口，設(shè)為壓力出口
計算域上方設(shè)為壓力遠場邊界條件，同左側(cè)入口
設(shè)置求解方法和松弛因子
計算結(jié)果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
監(jiān)測點（1.84716，-0.185447）位置處馬赫數(shù)對比
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——跨音速流動模擬
本算例模擬了通過理想化的二維湍流，可壓縮跨音速氣流，來仿真RAE2822翼型的馬赫數(shù)與升力系數(shù)。
1、問題描述
自由流馬赫數(shù)是0.725，雷諾數(shù)是6.5E6，攻角是2.92°，自由流是亞音速流，在翼型的吸入側(cè)變?yōu)?em>超音速流，通過沖擊波時是亞音速流。監(jiān)測升力和曳力系數(shù)，以幫助。幾何與網(wǎng)格
本案例使用已經(jīng)畫好的體網(wǎng)格，將導(dǎo)入以后的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為2D網(wǎng)格，轉(zhuǎn)化以后的網(wǎng)格如下圖。
2、STAR-CCM+設(shè)置
本模型定義了空間和臨時求解方法，以及流體的物理特性。流體是穩(wěn)態(tài)、湍流且可以壓縮。使用默認的Spalart-Allmaras 湍流模型和理想氣體模型，耦合求解器。
（1）
選擇反應(yīng)類型相應(yīng)的湍流模型；
（2）根據(jù)空氣動力學(xué)特性修計算出空氣的動力粘度和導(dǎo)熱率并在材料節(jié)點修改。
（3）設(shè)置邊界條件，在Fluid > Boundaries > freestream > Physics Conditions > Flow Direction Specification節(jié)點，將Method property改為Components。在Physics Values節(jié)點將馬赫數(shù)修改為0.725。
3、計算后處理
計算以后截面的馬赫數(shù)如下
計算域馬赫數(shù)分布
翼型升力系數(shù)變化
翼型曳力系數(shù)變化
本文轉(zhuǎn)自有限猿仿真博客，感謝原作者。如有侵權(quán)請立即聯(lián)系刪除。
展開 【新聞】AICFD — 智能熱流體仿真軟件，正式發(fā)布！
AICFD是由南京天洑軟件有限公司自主研發(fā)的一套通用的智能熱流體仿真軟件，它實現(xiàn)對流動及傳熱的快速智能仿真。其功能可分為模型導(dǎo)入、網(wǎng)格自動快速生成、快速仿真、結(jié)果可視化和后處理、智能加速五大部分，涵蓋了從幾何模型到仿真結(jié)果的完整仿真分析流程。通過現(xiàn)代化的圖形界面結(jié)合數(shù)值仿真和智能加速算法，AICFD向用戶提供了易用的智能熱流體仿真功能。AICFD作為一款通用的熱流體仿真軟件，幫助工業(yè)企業(yè)建立設(shè)計、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，較大程度地提高產(chǎn)品的開發(fā)效率。
功能特色
（1） 一鍵式仿真
市場上已有的商用仿真軟件絕大多數(shù)操作復(fù)雜、學(xué)習(xí)時間長，主要面向仿真人員，而對設(shè)計人員并不友好。AICFD提供了圖形化和一體化的仿真流程，用戶只需通過對必要參數(shù)的基本設(shè)置即可自動完成網(wǎng)格生成、計算、后處理等復(fù)雜的一體化仿真流程，對設(shè)計人員非常友好。
圖1 一鍵式仿真計算流程
（2）面向工業(yè)設(shè)計的流體仿真功能
AICFD提供了工業(yè)設(shè)計中常用的流體仿真功能，流動類型包括單相不可壓縮流動、單相可壓縮流動（支持亞音速、跨音速和超音速流動）、傳熱、多相流等，它支持多區(qū)域的流動和傳熱模擬，使得其可應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)流動如葉輪機械和換熱器內(nèi)的流動和傳熱仿真。AICFD提供多種穩(wěn)健的數(shù)值格式和邊界條件以及常用的物理模型，它為能源動力、船舶海洋、航空航天和汽車等領(lǐng)域的設(shè)計人員提供了一個通用的熱流體仿真手段。
圖2 豐富的流體仿真功能
（3）快速智能仿真和實時仿真
目前商用仿真軟件的仿真時間較長，通常需要幾小時，幾天甚至幾周的時間。AICFD采用人工智能技術(shù)等方法加速仿真計算，可以實現(xiàn)秒級仿真，大大提高了仿真效率。對于特定模型的仿真，通過仿真技術(shù)和人工智能技術(shù)的深度結(jié)合實現(xiàn)實時仿真。
展開 超音速eVTOL可行性幾何？
Elon Musk幾年前提出制造超音速eVTOL飛行器的想法，并定期在Twitter分享這一看法，但縱然Elon Musk是全球汽車產(chǎn)業(yè)電氣化主要推動者，造的火箭更是以“尾巴著陸”，這一想法仍不免被嚴謹?shù)暮娇疹I(lǐng)域視為遙不可及，不過是笑話、噱頭而已。但畢竟Musk有著“鋼鐵俠”之稱，如果說有誰能夠造出超音速eVTOL，那個人肯定是Musk。
那到底超音速eVTOL飛行器可行性幾何？
知名航空記者，同時也是直升機飛行員的Elan Head用第一性原理采訪研究了使超音速eVTOL成為現(xiàn)實到底需要什么。
超音速eVTOL概念圖
A. 超音速 + 電動 + VTOL = 一些非常困難的問題
從廣義上講，超音速eVTOL飛行存在三個難題：
1. 制造能夠以超音速有效運行的電動推進器存在困難；
2. 制造能夠支持超音速巡航和垂直起降能量和功率密度的電池存在困難；
3. 將所有這些集成為一個可行進行超音速巡航的飛行器設(shè)計存在困難；
我們先來看看推進器的問題。
到目前為止，只有一架能夠垂直著陸的超音速飛機投入使用：洛克希德·馬丁公司的 F-35B。它由Pratt & Whitney F135 加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機提供動力，可產(chǎn)生超過 40,000 磅的推力，它通過燃燒大量化石燃料來實現(xiàn)。
F35垂直起降
這種快速的推力產(chǎn)生方法不適用于電動飛機，而且合適的替代方案可能是什么樣子也并不明顯。
展開 【轉(zhuǎn)】Fluent你知多少？【第三期】更新完成
五、定常流動（Steady Flow）和非定常流動（Unsteady Flow）
以時間為標準，根據(jù)流體流動的物理量（如速度、壓力、溫度等）是否隨時間變化，將流動分為定常與非定常兩大類。當(dāng)流動的物理量不隨時間變化，為定常流動；反之稱為非定常流動。定常流動也稱為恒定流動，或者穩(wěn)態(tài)流動；非定常流動也稱為非恒定流動、非穩(wěn)態(tài)流動。許多流體機械在起動或關(guān)機時的流體流動一般是非定常流動，而正常運轉(zhuǎn)時可看作是定常流動。
六、亞音速流動(Subsonic)與超音速流動（Supersonic）
當(dāng)氣流速度很大，或者流場壓力變化很大時，流體就受到了壓速性的影響。馬赫數(shù)定義為當(dāng)?shù)厮俣扰c當(dāng)?shù)?em>音速之比。當(dāng)馬赫數(shù)小于1時，流動為亞音速流動；當(dāng)馬赫數(shù)遠遠小于1（如M<0.1）時，流體的可壓速性及壓力脈動對密度變化影響都可以忽略。當(dāng)馬赫數(shù)接近1時候（跨音速），可壓速性影響就顯得十分重要了。如果馬赫數(shù)大于1，流體就變?yōu)?em>超音速流動。
七、熱傳導(dǎo)（Heat Transfer）及擴散（Diffusion）
除了粘性外，流體還有熱傳導(dǎo)及擴散等性質(zhì)。當(dāng)流體中存在溫度差時，溫度高的地方將向溫度低的地方傳送熱量，這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)。同樣地，當(dāng)流體混合物中存在組元的濃度差時，濃度高的地方將向濃度低的地方輸送該組元的物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為擴散。
流體的宏觀性質(zhì)，如擴散、粘性和熱傳導(dǎo)等，是分子輸運性質(zhì)的統(tǒng)計平均。由于分子的不規(guī)則運動，在各層流體間交換著質(zhì)量、動量和能量，使不同流體層內(nèi)的平均物理量均勻化，這種性質(zhì)稱為分子運動的輸運性質(zhì)。質(zhì)量輸運宏觀上表現(xiàn)為擴散現(xiàn)象，動量輸運表現(xiàn)為粘性現(xiàn)象，能量輸運表象為熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。理想流體忽略了粘性，即忽略了分子運動的動量輸運性質(zhì)，因此在理想流體中也不應(yīng)考慮質(zhì)量和能量輸運性質(zhì)——擴散和熱傳導(dǎo)，因為它們具有相同的微觀機制。
19、怎樣理解“亞音速流動”和“超音速流動”？
展開 Flotran做超音速的實例
自己制作的，請大家多指教~
命令流.doc
我國超高速風(fēng)洞預(yù)計2022年建成，天地往返飛行器高超音速飛行器曝光
8月22日消息，我國JF-22超高速風(fēng)洞此前已進入現(xiàn)場安裝階段，并已通過專家組中期檢查。在央視報道中，出現(xiàn)了疑似中國新型天地往返飛行器和高超音速飛行器的影子。
風(fēng)洞被譽為是飛行器的搖籃。在位于北京懷柔科學(xué)城，一支幾代人傳承的科研團隊打造出了最新一代JF-22超高速風(fēng)洞將于明年建成。
飛行器在天上飛，空氣不動，但是我們在地面上的時候，沒有辦法讓飛行器去飛，需要做一個飛行器的模型固定在這，在風(fēng)洞產(chǎn)生高速的氣流吹這個模型，模擬它在天上飛的過程，這個就是風(fēng)洞。
爆轟驅(qū)動超高速高焓激波風(fēng)洞簡稱為JF22超高速風(fēng)洞于2018年3月正式啟動，現(xiàn)在已進入現(xiàn)場安裝階段，完成真空艙、試驗艙和噴管的安裝，并通過專家組中期檢查，將于2022年建成。
▲JF22超高速風(fēng)洞儀器安裝現(xiàn)場
就是這樣一個項目，經(jīng)歷數(shù)代研發(fā)者的不懈努力，在錢學(xué)森、郭永懷部署的戰(zhàn)略方向上一路攻關(guān)，從高溫材料、到異型構(gòu)造、再到傳感器設(shè)計，科研團隊在無人區(qū)反復(fù)探索，終于實現(xiàn)了從理論創(chuàng)新到技術(shù)創(chuàng)新的跨越。
直到2012年，總長265米、試驗段直徑達3.5米的JF-12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞研制成功，可復(fù)現(xiàn)5到9倍聲速的飛行條件，實驗時間超過100毫秒，比其它同類型的激波風(fēng)洞提高1個量級，成為國際最大、整體性能最先進的激波風(fēng)洞，為我國航空航天重大任務(wù)研制提供了關(guān)鍵支撐。
作為研制新一代飛行器的搖籃，JF-22超高速風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)相當(dāng)于約30倍聲速的飛行條件。JF-22最核心的技術(shù)就是通過正向爆轟驅(qū)動器為基本功能，提供平穩(wěn)的驅(qū)動氣流，風(fēng)洞的試驗?zāi)芰σ菾F-12驅(qū)動能力提高10倍。
展開 Boom Supersonic：重新啟動商用超音速飛機旅行
史上最快的客機
來自日本航空公司和維珍集團的 30 架 Overture 客機已經(jīng)預(yù)訂和選擇，下一代超音速飛機的設(shè)計競賽已經(jīng)開始。除了超音速飛行本身帶來的挑戰(zhàn)外，Boom's Overture 的設(shè)計者還需要考慮重要的環(huán)境和社會因素。聯(lián)合國的 CORSIA 碳中和增長氣候協(xié)議要求抵消所有國際航空排放，無論是亞音速還是超音速。為了支持這一點，Boom Supersonic 計劃采用可持續(xù)替代燃料，這將減少大約 80% 的碳足跡，并且正在積極尋找將環(huán)保創(chuàng)新納入 Overture 設(shè)計的方法，同時不會對其開發(fā)時間表造成技術(shù)風(fēng)險。其中一項創(chuàng)新是與 Prometheus Fuels 的合作伙伴關(guān)系，一家使用清潔能源從大氣中已經(jīng)存在的二氧化碳中制造零凈碳燃料的公司。減輕社區(qū)對音爆噪音的暴露是另一個優(yōu)先事項。他們將通過將超音速速度僅限制在跨洋飛行段并實施最新的降噪技術(shù)來確保在起飛和著陸期間不會增加現(xiàn)有噪聲等量線來實現(xiàn)這一目標。
應(yīng)對挑戰(zhàn)
由于超音速設(shè)計的復(fù)雜性，Boom Supersonic 工程師需要能夠測試多種條件并嘗試許多不同的設(shè)計理念。他們的工作時間也非常短，這意味著他們需要一個可以快速設(shè)置甚至更快獲得結(jié)果的解決方案。Boom Supersonic 首席推進工程師蒂姆·康納斯 (Tim Conners) 表示，在與 NUMECA 合作的試點項目中，Boom 設(shè)法以比之前的設(shè)計環(huán)境快 14 倍的速度取得成果。NUMECA 解決方案不僅通過提供顯著簡化和高度自動化的工作流程推進了 XB-1 子尺度演示器的開發(fā)，而且與 NUMECA 的合作伙伴關(guān)系還為 Boom 提供了顯著節(jié)省計算資源和縮短設(shè)計周期時間的機會。
Boom 設(shè)法以比之前的設(shè)計環(huán)境快 14 倍的速度取得結(jié)果。
展開 超音速火箭發(fā)動機射流仿真分析 ￥5
本文選用一個超音速火箭發(fā)動機，對其射流過程進行仿真分析，設(shè)定不同的射流壓力條件下，對比分析射流云圖的不同，以及激波反射、馬赫盤等云圖
中國高超音速無人機邁入了新的階段
高超音速飛行器是飛行器的第三次革命
近日，網(wǎng)上出現(xiàn)我國高超音速飛行器試飛的新聞，這表明國內(nèi)高超音速飛行器的研制邁入了新的階段。
一般而言高超音速飛行器指的是飛行速度超過5馬赫的飛行器，它是繼螺旋槳、噴氣式飛機之后飛行器的第三次革命，也是新世紀各國爭奪的制高點。
此前許多人可能已經(jīng)看過中國高超音速飛行器的新聞，那么此次高超音速飛行器有什么不同，此次新聞的主角是中國航空工業(yè)而不是以前的航天工業(yè)，所以可以推測此次試飛的飛行器應(yīng)該是吸氣式高超音速飛行器，也就是說它的動力應(yīng)該是基于渦輪的聯(lián)合推進系統(tǒng)(TBCC)，而不是基于火箭的聯(lián)合推進系統(tǒng)(RBCC)。
噴氣式發(fā)動機只能讓飛行器的速度達到2馬赫左右
傳統(tǒng)的渦輪噴氣/風(fēng)扇發(fā)動機的飛行速度范圍局限在2馬赫以下，到達這個范圍的上限之后，渦輪葉片的轉(zhuǎn)速到達頂點，會產(chǎn)生的比較大熱量及燒蝕問題，此后提高速度只能依靠沖壓發(fā)動機，它是依靠氣流來進行增壓，不需要渦輪，所以速度范圍比較大，一般而言亞燃沖壓發(fā)動機可以滿足是飛行器的速度達到6-7馬赫，而超燃沖壓發(fā)動機，就是氣流不減速直接進入燃燒室，則可以達到10馬赫左右。
不過沖壓發(fā)動機這個原理讓它必須擁有一個啟動速度，所以需要與其他動力裝置組成聯(lián)合推進系統(tǒng)，最常見的就是固體火箭加沖壓發(fā)動機，這是目前超音速反艦導(dǎo)彈最常見的配備，不過固體火箭發(fā)動機只能一次性使用，不適合作為重復(fù)使用飛行器的動力系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了渦輪沖壓聯(lián)合推進系統(tǒng)，此次曾經(jīng)有新聞?wù)f國內(nèi)正在研制渦輪沖壓聯(lián)合推進系統(tǒng)。它利渦輪發(fā)動機讓飛行器從普通跑道起飛，在高空達到?jīng)_壓發(fā)動機的啟動速度之后，再使用沖壓發(fā)動機，將飛行器繼續(xù)加速到預(yù)定速度。
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