FLUENT多翼飞行器空气动力学特性分析(3)

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1. 建立带翼导弹三维计算模型。

2. 对弹体的三维计算模型并对其进行结构化网格划分。

3. 利用FLUENT软件对弹体模型在某一种工况下进行计算。

4. 计算该弹体在不同的攻角和马赫数下的升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数。

5. 对不同工况下的弹体气动力参数计算结果进行比较并得出相应结论。

2 计算流体力学方法综述

2.1 关于CFD

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,简称CFD）是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。它建有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术。[17]

计算流体力学原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。CFD 在最近20 年中得到飞速的发展, 除了计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外, 还主要因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制, 例如由于问题的复杂性, 既无法作分析解, 也因费用昂贵而无力进行实验确定, 而CFD 的方法正具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。CFD也存在一定的局限，其数值解法是一种离散近似方法，依赖于物理上合理，数学上适用，适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限数量离散点上的数值解，并有一定的计算误差。此外，CFD软件的应用很大程度上依赖于经验和技巧。

目前比较好的CFD软件有：CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、CFdesign，本文所选用的软件是Fluent。

2.2 本文所用CFD软件（FLUENT）简介

FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%。FLUENT是用于计算流体流动和传热问题的程序。FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法。[19]

FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术。

FLUENT使用GAMBIT作为前处理软件，GAMBIT是一个用于分析和模拟复杂几何区域内，流体流动与热交换问题的专用CFD软件。它可以读入多种CAD软件的三维几何模型和多种CAE软件的网格模型。从本质上讲，FLUENT仅是一个求解器。FLUENT本身提供的主要功能有:导入网格模型、提供计算物理模型、设置边界条件和材料特性、求解以及后处理。FLUENT支持的网格生成软件主要有:GAMBIT, TGrid, GeoMesh, PrePDF以及其他CAD/CAE软件包。

GAMBIT是专用的前处理软件包，主要用来为CFD模拟生成网格模型。它所生成的网格，可供多种CFD程序或商用CFD软件使用。GAMBIT的主要功能包括三个方面：构造几何模型、划分网格和指定边界。其中，最主要的功能是划分网格。它最终生成含有边界信息的网格文件。网格划分技术己经发展了几十年了，网格分为结构化网格和非结构化网格。到目前为止，结构化网格技术已经发展得相对比较成熟，而非结构化网格技术由于起步较晚，实现比较困难等方面的原因，现在正处于逐步发展的阶段。