毕业设计说明书 基于FLUENT的 炮弹三维流场数值模拟

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2011年 6月

徐 吉 0701064330 机电工程学院 弹药工程与爆炸技术 魏志芳 中北大学2011届毕业设计说明书

第I页，共IV页 基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟 摘要：本文主要介绍了用计算流体力学理论研究炮弹气动特性的方法，并运用流体动力学软件FLUENT对155榴弹三维流场进行了数值模拟，考察了在0攻角及马赫数为1.4时榴弹周围空气场的压力和速度分布。具体步骤分为三部分：第一部分用GAMBIT软件建立炮弹流场模拟的几何模型并对模型进行网格划分；第二部分运用FLUENT软件对已划分好网格的模型进行分析计算；第三部分分析计算结果，并得出结论，其符合空气动力学规律。

关键词：炮弹，空气动力学，三维流场，155榴弹，建模，仿真 中北大学2011届毕业设计说明书

第II页，共IV页 Numerical Simulation of the Three-dimensional Flow Field around Shrapnel base on FLUENT Abstract：This paper describes the method that uses Computational Fluid Dynamics to

research the aerodynamic characteristics of artillery shells, and uses FLUENT to simulation the external flow around a 155-caliber shrapnel, studying the pressure ,velocity around the shrapnel at the 0 angle of attack and Mach 1.4. The step is mainly divided into three parts, firstly using the software of GAMBIT to build the geometrical model and griding on the model. Secondly the calculation is carried on the model which is the mesh already divided well by using FLUENT. Thirdly analyzing the results of the caculation and they all conform the aerodynamic laws.

Keywords: shells, aerodynamics, three-dimensional flow field, 155-caliber shrapnel, modeling, simulation 中北大学2011届毕业设计说明书

第III页，共IV页 目 录 摘 要 .................................................. 错误！未定义书签。 ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 .................................................................. 1 1．1 本课题研究的意义 .................................................. 1 1．2 本课题国内外研究概况 .............................................. 1 1．3 本文主要工作 ...................................................... 4

2 计算流体动力学简介 .................................................... 5 2．1 计算流体动力学概述 ................................................ 5 2．2 计算流体动力学的工作步骤 .......................................... 6 2．3 计算流体动力学特点 ................................................ 6 2．4 计算流体动力学的应用领域 .......................................... 7 2．5 计算流体动力学的分支 .............................................. 8 2．6 CFD的求解过程 .................................................... 9 2．7 CFD软件结构 ...................................................... 9 2．8 常用的CFD商用软件 ................................................ 11 2.8.1 PHOENICS ...................................................... 11 2.8.2 STAR.CD ....................................................... 12 2.8.3 CFX ........................................................... 12 2.8.4 FIDAP ......................................................... 12 2.8.5 POLYFLOW ...................................................... 13 2.8.6 MIXSIM ........................................................ 13 2.8.7 FLUENT ........................................................ 13

3 几何模型的建立 ....................................................... 14 3．1 模型概述 ......................................................... 14 3.1.1 155榴弹模型参数 .............................................. 14 中北大学2011届毕业设计说明书 第IV页，共IV页 3.1.2 计算模型 ...................................................... 14 3.1.3 数学模型 ...................................................... 15 3．2 GAMBIT软件简介 .................................................. 17 3.2.1 GAMBIT的特点 ................................................. 17 3.2.2 GAMBIT的操作步骤 ............................................. 18 3．3 模型建立步骤 ..................................................... 18 3.3.1 利用GAMBIT建立计算模型 ....................................... 18 3.3.2 利用GAMBIT对计算区域划分网格 ................................. 30 3.3.3 利用GAMBIT设置边界类型 ....................................... 34 3.3.4 输出网格并保存会话 ............................................ 36

4 利用FLUENT进行仿真计算 .............................................. 37 4.1 FLUENT软件简介 ................................................... 37 4.1.1 FLUENT程序包的基本构成 ....................................... 37 4.1.2 FLUENT程序的运用领域 ......................................... 38 4.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤 ................................... 38 4.2利用FLUENT 3D求解器进行求解 ....................................... 39

5 计算结果的后处理及结果分析 ........................................... 53 5.1计算结果的后处理 ................................................... 53 5.2 结果分析 .......................................................... 64

6 结束语 ............................................................... 66 参考文献 ................................................................ 67 致 谢 ................................................................ 69