Fluent学习笔记：超声速混压式进气道流场分析

【前排提醒】

本算例从模型到边界条件到结果分析都非常之不严谨（随便画的和随便给的），仅用于笔者记录仿真过程及存在的问题，如后期有需要补充的，会在评论区继续补充。

【计算模型】

这两天心血来潮，突然想算算进气道的内流场，于是就有了这个模型：

   进气道模型（进气道总长1015mm，除标注了的尺寸之外，其余尺寸都没有文献可考究，自己先随意取了）
 

其实个人感觉，前面那一段远场不要也可以（我在其它算例里有见过进口边界在锥顶的），但是为了不让内流场影响到进口边界，还是把进口设定在较远的地方。

【网格划分】

满惭愧的，这还是我自己算的第一个带有曲面边界的模型，画网格的时候出现了好多问题，其中要特别说的是，边在关联完成后，设定网格结点数目时，网格不贴体。

   块的切分与删除
 

今天在上计算流体力学的时候，听到老师说了分块的原因。如果采用四边形网格的话，最好几何边界也是四边形的，或者说边界的拓扑结构是四边形的，然而有的计算域往往不是四边形，所以需要通过块的切分将计算域分成若干四边形再进行网格划分。（比如说“铜钱”样式的O形块）

   捏点与关联（想检查各个边是不是关联上了，可以隐藏几何，如果线都是绿色的，那就说明已经关联了）
 

   全部关联完成后的样子
 

   生成网格之后的样子（太密集了，后面可以调整）
 

现在看上去网格是贴体的，这是在Global Mesh Setup中先设定网格大小，再到Pre-Mesh Params中Apply得到的，随后直接在相应的边上修改网格结点就好，这时网格是贴体的。

但!是！如果不这样做，和我往常一样不从Meshing Patameters中Apply而是直接在Edge Params中设定的话，网格就会不贴体！咱也不知道为啥，总之就这样吧。（摆了，能算下去就行）

经过一通处理和边界层加密，最终网格大概30000+，对于二维而言我个人感觉也挺少的了，但是考虑到也不要做算例验证，就直接导入Fluent进行计算了。

网格这里，上午上课老师才讲过，近壁面处网格的正交性对计算的结果，特别是近壁面处的粘性摩擦力有很大影响，我感觉既然对摩擦力有很大影响，那也会在一定程度上影响分离的计算，例如分离区尺度啥的，可惜我不太会调所谓的近壁面网格正交性（five）。

【边界条件与求解设置】

边界条件的话随便找了本书上的进气道算例的条件改了改，远场条件都是表压5000Pa，来流马赫数5.5，出口表压5000Pa，总温850K，壁面绝热，空气为理想气体，粘度遵循萨瑟兰定律，密度基求解器，湍流模型SST k-ω，隐式求解（老师上课好像讲过隐式格式有的是无条件稳定的），除了粘性修正（好像叫这个名字？）选择一阶精度之外，其余都选择二阶精度，初始CFL给到1，如果觉得残差曲线荡的厉害，那就给0.5好了。

【初始化】

在TUI中FMG初始化，这样得到的初始流场还是比较接近于最终流场的，可以一眼看出起动了没有。（有没有很离谱的分离区）

【计算结果与分析】

按照5.5的来流马赫数，两道斜激波都在唇口以内，应该是超临界工作状态，算都算了，我倒挺想看看不起动的条件的，于是又往下取了M=5、4.8、4.6、4.3、4.2、4.1、3.5、3。

   M=5.5
 

   M=5
 

   M=4.8
 

   M=4.6
 

   M=4.3
 

   M=4.2
 

   M=4.1
 

马赫数再减小进气道就不起动了，由于分离区太大导致云图不好看就不展示马赫数云图了。

可以看到，由马赫数5.5到马赫数4.6，分离区逐渐减小；由马赫数4.6到马赫数4.1，分离区又在逐步增大。如果计算结果准确，那么分析可能的原因如下。

马赫数5.5-4.6时：压缩面诱导的激波在上壁面反射回来的激波强度较大，打到下壁面边界层上时，强大的逆压梯度诱导了流动的分离，并且随着马赫数的下降也即激波强度的减弱，分离区逐渐减小。

马赫数4.6-4.1时：随着马赫数的下降，激波角增大，在壁面上的反射点前移，反射激波的无黏入射点也随之前移。如果反射激波入射点在喉道后部，那么膨胀面产生的膨胀波对于气流有加速作用，增加了边界层的动量，对分离有一定抑制作用；随着反射激波入射点的前移，气流经历的膨胀波变少，获得的动量增量变少，抵抗分离的能力变弱，因而分离区又逐渐增大。

马赫数小于4.1时（结果没有在上面展示）：分离区逐渐增大并向前延伸，直到分离区很大。（极端情况下会延伸到很前方并产生超声速溢流）

以上分析均是基于计算结果得到的，如果计算结果不准确，那分析的原因也毫无疑问是错误的。

【其它】

末尾还想记录一些其它的注意事项提醒自己。

高马赫数情况下残差曲线的表现还蛮好的，但是马赫数较低时残差曲线会出现大幅度的震荡，这可能时由于进气道没有起动，存在大的分离包造成的。上午下课后请教了计算流体力学老师，老师说存在分离的情况下残差的震荡是可以容忍的，只要数值不是很大，监控参数基本不变就可以。

完。

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