CN113420379A - 一种从cfl3d计算结果中提取物面时均压力分布的方法 - Google Patents

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李�杰
杨钊
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Abstract

本发明涉及一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，属于计算流体力学领域。利用CFL3D输出的时均流场文件，根据从CFL3D的输入文件提取的物面片段信息，采用Tecplot软件求解出流场的压力系数并在计算域中提取出时均物面，进而实现物面时均压力分布的截取和导出。该方法可以用于复杂构型物面时均压力分布的处理，具有较好的适应性和可操作性。

Description

一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法
技术领域
本发明属于计算流体力学领域，具体涉及一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法。
背景技术
CFL3D是由美国NASA兰利研究中心开发的一款开源的多块结构网格CFD求解器。该软件具备极高的计算效率，可开展定常及非定常数值模拟，适用于低速及跨声速流动，在航空航天领域得到了广泛的应用。
物面压力分布即压力系数(通常用Cp表示)沿某一方向的分布，是飞行器设计和流场分析过程中需要的一个重要参数。对于大迎角、大侧滑角状态或涉及部件运动的非定常类流动，物面压力分布是随时间不断变化的，因此需要将物面压力分布按时间进行平均。
CFL3D只具备输出瞬态物面流场信息文件和时均空间流场信息文件的功能，并不能输出时均物面流场信息文件，而且该软件输出的时均空间流场信息不包含压力系数项。
目前，从公开发表的文献及专利上均未看到关于从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布方法的介绍。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法。
技术方案
一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在采用CFL3D进行计算时选择输出时均流场数据；
步骤2：从CFL3D的输入文件中收集物面片段信息；
步骤3：从步骤2提取的物面片段信息中读取并记录每个物面片段在所对应的网格块内的位置；
步骤4：在Tecplot软件中打开CFL3D输出的时均流场文件，并编辑公式求解整个流场的压力系数；
步骤5：在Tecplot中关闭不包含物面的网格块，对于包含物面的网格块，根据步骤3整理的物面位置信息，将该网格块内相对应位置处的网格显示出来；
步骤6：在Tecplot中截取目标位置处的流场数据，然后输出坐标和压力系数从而得到该截面的压力分布。
所述步骤4中公式具体为：{Cp}＝(V8/V4-1/1.4)/(0.5*V4*Ma**2)，式中V8代表了守恒形式的无量纲静压值，V4代表了密度，Ma为自由来流马赫数；V8和V4为固定输入，Ma要根据计算来流条件进行调整。
所述步骤5中采用手动或编程的方式将物面片段进行显示。
所述步骤3中的位置信息包括物面方向和层数。
有益效果
本发明提出的一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，利用CFL3D输出的时均流场文件，根据从CFL3D的输入文件提取的物面片段信息，采用Tecplot软件求解出流场的压力系数并在计算域中提取出时均物面，进而实现物面时均压力分布的截取和导出。该方法可以用于复杂构型物面时均压力分布的处理，具有较好的适应性和可操作性。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1是实施例的背景飞机外形图；
图2是本发明的基本流程图；
图3是输入控制命令ipertavg 1的示意图；
图4是实施例中编号860的网格块的Zone Style/Surfaces/Surfaces To Plot选项设置示意图；
图5是实施例中编号860的网格块的Zone Style/Surfaces/Range For K-planes选项设置示意图；
图6是提取的背景飞机时均物面；
图7是压力分布对比结果。
其中：
Exp为实验结果；
Cal_avg为时均计算结果；
Cal_Ψ＝0°为螺旋桨转动到相位角0°时的计算结果；
Cal_Ψ＝30°为螺旋桨转动到相位角30°时的计算结果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图2所示，本发明提供了一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其步骤如下：
步骤1：如图3所示，计算之前在cfl3d.inp文件中写入控制命令ipertavg 1。
步骤2：开始进行CFD数值模拟。
步骤3：从cfl3d.inp文件中提取边界条件为2004的物面片段信息并对同一网格块的物面片段信息进行整合。
表1展示了提取、整合的编号860的网格块所包含的物面片段信息。从表中可以判断出，该物面片段位于编号860的网格块的K方向的第一层网格单元；
步骤4：打开Tecplot软件并分别导入流场网格和流场时均结果cfl3d_avgg_ruvwp.p3d文件和cfl3d_avg_ruvwp.p3d文件；
步骤5：在Tecplot中输入公式“{Cp}＝(V8/V4-1/1.4)/(0.5*V4*0.2**2)”，计算压力系数，式中0.2为CFD计算中的自由来流马赫数，V8为守恒形式的无量纲静压值，V4为密度。
步骤6：根据步骤3整合的信息，在Tecplot中关闭所有不包含物面的Zone；
步骤7：对于包含物面的Zone，根据步骤3整合的信息判断物面是在I方向、J方向还是K方向，并在Zone Style/Surfaces/Surfaces To Plot选项中对应激活I-planes、J-planes或Z-Planes。
如图4所示，对于编号860的网格块，在Zone Style/Surfaces/Surfaces To Plot选项中选择K-planes。
步骤8：根据步骤3整合的信息判断物面在I方向、J方向、K方向的哪一层，并对应的在Zone Style/Surfaces/Range For I-planes、Range For J-planes、Range For K-plane输入具体的数值。
如图5所示，对于编号860的网格块，在Zone Style/Surfaces/Range For K-planes选项中，将Begin、End、Skip全部设置为1。
如图6所示，为了得到站位Section A的压力分布，本实施例提取出了时均后的全机物面。
步骤9：使用DATA/Extract/Slice from plane命令截取目标位置的压力系数；
步骤10：使用File/Write Data File命令导出截面压力分布。
螺旋桨飞机带动力状态的流场具有典型的非定常特征，螺旋桨桨叶位于不同相位时，物面压力分布也不相同。图7展示了站位Section A压力分布的时均计算结果与实验结果和相位角0°时的计算结果及相位角30°时的计算结果的对比。从图中可以看到，采用本发明的方法提取的压力分布与实验结果非常接近，说明本发明的方法是非常合理的。从图中还可以看到，时均计算结果与瞬态结果预测的负压峰值是有比较明显的差异的，这也体现了采用时均后的压力分布结果的必要性。
表1编号860的网格块所包含的物面信息
网格块编号 物面方向 层数
860 K方向 第一层
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：在采用CFL3D进行计算时选择输出时均流场数据；
步骤2：从CFL3D的输入文件中收集物面片段信息；
步骤3：从步骤2提取的物面片段信息中读取并记录每个物面片段在所对应的网格块内的位置；
步骤4：在Tecplot软件中打开CFL3D输出的时均流场文件，并编辑公式求解整个流场的压力系数；
步骤5：在Tecplot中关闭不包含物面的网格块，对于包含物面的网格块，根据步骤3整理的物面位置信息，将该网格块内相对应位置处的网格显示出来；
步骤6：在Tecplot中截取目标位置处的流场数据，然后输出坐标和压力系数从而得到该截面的压力分布。
2.根据权利要求1所述的一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其特征在于所述步骤4中公式具体为：{Cp}＝(V8/V4-1/1.4)/(0.5*V4*Ma**2)，式中V8代表了守恒形式的无量纲静压值，V4代表了密度，Ma为自由来流马赫数；V8和V4为固定输入，Ma要根据计算来流条件进行调整。
3.根据权利要求1所述的一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其特征在于所述步骤5中采用手动或编程的方式将物面片段进行显示。
4.根据权利要求1所述的一种从CFL3D计算结果中提取物面时均压力分布的方法，其特征在于所述步骤3中的位置信息包2括物面方向和层数。
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