Fluent阻力系数问题
责任编辑:长松落雪     时间:2023-02-09     来源:转载于:CAE交流之家
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分类: 知识问答
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1.力系数定义


阻力系数:阻力系数常表示为Cd是流体力学中的无因次量,用来表示物体在流体(例如水或是空气)中的阻力。阻力系数和物体的形状及其表面特性有关。    

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式中,

Cd:阻力系数

F :阻力(阻力与来流速度方向相同)

pd :动压,pd=ρv*v/2 (ρ为空气密度,v为气流相对于物体的流速)

A :参考面积(飞机一般选取机翼面积为参考面积)


在fluent帮助文件中,The force coefficient is defined as force divided by 1/2ρv2A,where  ρ,v,A and  are the density,velocity,and area。fluent中的定义与上述定义相同。


阻力及阻力系数有方向之分,为流动主流方向,其他方向的阻力很小。设置时需要指定阻力及阻力系数的方向。


2. 动压


动压,物体在流体中运动时,在正对流体运动的方向的表面,流体完全受阻,此处的流体速度为0,其动能转变为压力能,压力增大,其压力称为全受阻压力(简称全压或总压,用P表示),它与未受扰动处的压力(即静压,用P静表示)之差,称为动压(用P动表示)。


经Fluent验证,动压=总压-静压

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动压的特点:

(1)只有做定向流动的空气才呈现出动压;

(2)动压具有方向性,仅对与风流方向垂直或斜交的平面施加压力。垂直流动方向的平面承受的动压最大,平行流动方向的平面承受的动压为零;

(3)在同一流动断面上,因各点风速不等,其动压各不相同;

(4)动压无绝对压力与相对压力之分,总是大于零


3. Fluent中的阻力系数


从定义可以看出,阻力系数与速度、面积及密度有关,Fluent中需要首先指定阻力系数计算时的参考值

(Force coefficients use the reference area, density, and velocity. In addition, the pressure force calculation uses the reference pressure.)

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参考值reference values:

参考面积Area:为迎风面积,对管内流,参考面积为圆管截面积

参考密度:参考温度对于的密度,设置为流场中的平均密度,与操作密度不同

参考速度:气流与物体的相对速度,若固体保持静止,则为气体流速

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注:这里有个问题,参考速度与参考密度只有在计算之后才能够知道,那如何从计算开始时就监测阻力系数?

 

操作标准:在计算之后,通过某计算域的平均密度及速度指定参考密度及参考速度,然后通过后处理Results---Forces输出阻力系数。


4. Fluent中阻力系数的输出


Fluent中阻力系数有两种输出方式。

4.1 监视器输出

Solution → Reports → Definitions → New → Force Report → Drag...

微信图片_20230209180016.png
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Per Zone:指定是否在每个墙壁区域上分别监控多个墙壁区域的阻力。如果打开,表示输出选中的每个wall单独的阻力系数,当此选项关闭(默认)时,Fluent计算并监控所有选定墙壁区域组合在一起的总阻力。


Average Over (Time-Steps), Average Over (Iterations):多个时间步或迭代步输出一次,如指定的数值为5,表示五个迭代步输出一次,且输出的是这五个迭代步的平均值。


Force Vector:有X、Y、Z栏,阻力系数的方向,一般为主流方向。


Compute:可在控制栏输出阻力及其系数的数值


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4.2 后处理输出

 Results---Reports---Forces

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界面与第一种方式界面相似。对于Wall Zones的选取,想要计算哪个wall上的阻力,就选取哪个wall。


值得注意的是,对于wall-pipe和wall-pipe-shadow,两个面并不是同一个面,所相邻的计算域不同,计算出的结果差别很大,要选取正确。


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上面为输出的结果,Forces及Coefficients均有三个参数,分别为Pressure、Viscous、Total。其中Viscous表示阻力相关,Forces---Viscous表示阻力,Coefficients-- -Viscous表示阻力系数。Forces-Direction Vector(0  0  1)表示z方向的阻力及系数。


上面的结果:阻力为0.013730473,阻力系数为1.2672903。与第一种方式的输出结果相同。


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