網格對數值計算可信度的應用研究

摘? 要：在飛機型號研制中以提高CFD的模擬精度為目標，本文重點驗證網格量對數值計算精度的影響研究。選用AIAA第二屆阻力預測會議的DLR-F6翼身（WB）組合體作為標模算例，結合SA湍流模型對粗、中、細三種不同密度的官方非結構網格進行數值模擬，并將計算結果與官方的試驗數據進行對比。計算結果表明：網格細分是準確預測阻力的關鍵;中等網格在計算精度和計算效率上更有優勢。可為飛機的氣動力設計提供一定的工程經驗方法借鑒。

關鍵詞：CFD;DLR-F6;網格;湍流模型

1? 引言

為提高阻力預測的準確性、美國AIAA于2003年召開了第二屆阻力預測會議（DPW-II）[1]，選擇DLR-F6的2個模型為標準算例，其主要目的是分析阻力對網格尺寸的敏感性。國內也組織了"航空CFD可信度專題研究活動"以考察網格以及湍流模型對數值模擬的影響。本文選用DLR-F6翼身組合體（WB）為標準算例，采用粗、中、細三種不同密度的官方非結構網格和SA[2]湍流模型進行了數值計算研究。將計算結果與試驗數據進行對比分析，來研究網格量對計算結果精度的影響程度和考察網格收斂性。

2? 計算模型

DLR-F6標模屬于典型的高亞音速運輸機布局，翼展為0.1412m，半模的參考面積為0.0727m2，本次計算采用外形相對簡潔的翼/身組合體（F6-WB）構型，計算條件與風洞試驗保持一致。DLR-F6標模如圖1所示。

3? 計算工況

本文選取單狀態點驗證工況：

馬赫數：0.75，

雷諾數：3×106，

迎角（°）：0.5。

4? 湍流模型及網格

4.1? 湍流模型

關于CFD結果影響最顯著的因素除網格外，還有湍流模型，當前RANS方法采用的各種湍流模型均有一定的適用范圍。以下針對DLR-F6翼型，采用在工程上常用的SA湍流模型進行計算。

4.2? 官方網格

AIAA DPW II提供的粗、中、細三種不同密度的官方非結構網格以及網格量如圖2所示。

5? 計算結果及分析

對DLR-F6的翼身（WB）組合體進行以SA湍流模型和不同網格密度組合的數值計算。計算結果參見表1和表2。

升力系數受網格密度影響較小;俯仰力矩系數計算結果與試驗結果的差量在5%以內;網格量對阻力系數影響較大，隨網格細化阻力系數減小，逼近試驗值，但是網格量過大，會使生成網格難度加大，需要更多的計算機資源和更多的時間迭代到收斂，合適的網格是準確預測阻力和其他相關氣動力的關鍵。

6? 結論

進行數值模擬后得到如下結論：

1）粗、中、細三種網格相比較，細網格的升阻力系數與試驗值更逼近，中等網格計算精度與細網格基本相當;

2）在工程應用方面，考慮到計算機資源和工程效率，中等網格在計算精度和計算效率上更有優勢。

參考文獻

[1]? http：//aaac.larc.nasa.gov/tsab/cfdlarc/aiaa-dpw/Workshop2/worshop2.html（AIAA第二屆阻力預測會議官方網站）

[2]? Spalart P R，Allmaras S R. A One-equation Turbulence Model for Aerodynamic Flow. AIAA 92-0439.

作者簡介：遲永一（1979～），男，遼寧葫蘆島人，畢業于哈爾濱工業大學航天學院，碩士學位，高級工程師，研究方向：飛機氣動布局設計。