Fluent优化｜NACA0012翼型
Fluent优化｜NACA0012翼型
本文将详细介绍如何使用ANSYS Fluent软件优化NACA 0012翼型结构以提高其升力。通过伴随求解器和优化设计，可以持续优化计算区域形貌以增大升阻比。
1 翼型外流场计算
1.1 启动Fluent
以2D、Double Precision模式启动Fluent
利用菜单Read → Mesh读取网格文件NACA0012.msh
1.2 General设置
Pressure-Based、Steady求解器
1.3 Models设置
Standard k-epsilon湍流模型及Standard Wall Functions壁面函数
1.4 Materials设置
修改材料介质Air，设置其密度为ideal-gas，修改粘度为sutherland并采用默认参数设置
1.5 Boundary Conditions设置
如下图所示选择Ribbon工具按钮Separate > Faces…弹出设置对话框
如下图所示选择列表项farfield，点击按钮Separate分割区域
修改边界farfield的边界类型为pressure-inlet
注：共轭求解器目前不支持压力远场边界。
设置farfield边界条件，如下图所示，设置总压12783.4 Pa
设置边界温度为283.15 K
如下图所示修改边界farfield:006类型为pressure-outlet
设置边界温度为283.15 k，如下图所示
1.6 Operation Conditions设置
如图所示点击按钮Operating Conditions…弹出设置对话框
如下图所示，设置操作压力为73048 Pa
1.7 设置参考值
点击模型树节点Reference Values，右侧面板如下所示进行设置
1.8 Methods设置
取消激活选项Pseudo Transient
设置流动变量及湍流变量计算方法为Second Order Upwind
注：为精确预测阻力，至少需要采用二阶离散格式。
1.9 初始化计算
如下图所示进行初始化计算
1.10 求解计算
如下图所示设置迭代数量，并开始计算
1.11 计算结果
阻力监测结果
升力监测结果
速度分布
保存cas与dat文件
2 Adjont求解
点击Design标签页下按钮Observable…打开对话框
如下图所示，点击对话框按钮Manage…打开新的对话框
如图所示，新对话框中点击按钮Create…打开对话框
如图所示，对话框中选择选项Observable types，选择列表项force，点击OK按钮打开新的对话框
如图所示设置对话框参数，点击Apply按钮及OK按钮
相同方式创建变量force-drag
注：在所有的adjoint面板中，若同时存在Apply及OK按钮，通常需要先点击Apply按钮，再点击OK按钮。
创建新的观测变量ratio，如下图所示，其类型为Operation types，并设置操作方式为ratio
注：升阻比定义为升力系数与阻力系数的比值。
如下图所示定义分子为force-lift，分母为force-drag，点击按钮Apply及OK
返回至Adjoint Observables对话框，如下图所示，选择选项Maximize
点击按钮Evaluate可在TUI窗框中查看当前升阻比为11.48，如下图所示
3 数值算法
点击按钮Methods…打开设置对话框
如下图所示采用默认设置，点击OK按钮关闭对话框
点击按钮Solver Controls…弹出对话框，可设置求解控制参数，如下图所示，点击OK按钮关闭对话框
点击Monitors…按钮可打开残差设置对话框，如下图所示采用默认设置，点击OK按钮关闭对话框
4 共轭求解
点击工具栏按钮Calculate…打开计算对话框
点击按钮Initialize进行初始化，设置参数Number of Iterations为1000，点击按钮Calculate开始计算
计算残差如下图所示。
5 优化设计
5.1 定义目标
点击工具栏按钮Design Tool…打开设置对话框
进入Objectives标签页，如下图所示，选择列表项ratio，选择选项Target Change In Value，设置参数Target/Reference Change为10
激活选项As Percentage
点击按钮Apply
5.2 定义优化区域
进入Region标签页，如下图所示设置计算区域
打开网格显示，如下图所示蓝色 区域为优化区域
进入Region Conditions标签页，如图所示设置参数，点击按钮Apply
5.3 计算设计变化并更新网格
进入Design Change标签页，如图所示选择列表项airfoil_lower及airfoil_upper作为可变边界
点击按钮Calculate Design Change
此时可看到预期改变量，如图所示为1.148034。
点击按钮Preview…可预览变形后的网格形状，如下图所示
保存cas与dat文件
点击按钮Modify修改网格
重新计算流场
可在Adjoint Observables对话框中点击Evaluate按钮查看当前升阻比
TUI窗框中显示当前升阻比为12.5846 Pa，如下图所示。升阻比从11.48增加到12.58。
可重复以上过程，持续优化计算区域形貌以增大升阻比。