关于Fluent的升力系数CL和阻力系数CD的正确理解

2017-05-18  by:CAE仿真在线  来源:互联网

关于Fluent的升力系数CL和阻力系数CD的正确理解,一般初学的同学都很容易搞错,因为在Fluent软件中存在很多坑,极为容易掉下去。

本文先讲讲Cd,Cl可以以本文类推。

1、公式:

Fd是阻力,p是流体密度,u是物体速度,A是参考面积。

A为什么不叫做投影面积呢?这点比较奇怪,原因是:飞机的升力系数是计算机翼的表面积,而不是投影面积,所以外国人叫做reference area了。

一般情况下,同一物体随着速度的升高(对应于雷诺系数Re增大),Cd呈现降低趋势。

2、不同形状的阻力系数的基本认识

3、试验数据:

不同物体的升力系数(试验数据)

Cd系数	物体
1.98–2.05	flat plate perpendicular to flow (2D)
1.8–2.0	Eiffel Tower
1.3–1.5	Empire State Building
1.28	flat plate perpendicular to flow (3D) [30]
1.2	Usain Bolt[29]
1.1-1.3	ski jumper[28]
1.0	coffee filter, face-up[unreliable source?][26]
1.0	road bicycle plus cyclist, touring position[27]
1.0–1.1	skier
1.0–1.3	wires and cables
1.0–1.3	man (upright position)
0.75	a typical model rocket[25]
0.58	Jeep Wrangler TJ (1997-2005)[24]
0.48	rough sphere (${\displaystyle \!\ Re=\!\ 10^{6}}$), Volkswagen Beetle[22][23]
0.47	smooth sphere (${\displaystyle \!\ Re=10^{5}}$)
0.37	Ford Transit Custom Mk8 (2013, Turkey)
0.36	Citroen CX (1974-1991, France)
0.35	Maserati Quattroporte V (M139, 2003–2012)
0.33	BMW E30 3 Series (1984-1993, Germany)
0.324	Ford Focus Mk2/2.5 (2004-2011, Europe)
0.31	Maserati Ghibli Sedan (2014) [21]
0.3	Saab 92 (1949), Audi 100 C3 (1982)
0.295	bullet (not ogive, at subsonic velocity)
0.29	Mazda3 (2007) [20]
0.28	1969 Dodge Charger Daytona and 1970 Plymouth Superbird
0.28	1986 Opel Omega saloon.[18]
0.28	Mercedes-Benz CLA-Class Type C 117.[19]
0.27	Nissan GT-R (2007-2010)
0.26	BMW i8
0.26	Nissan GT-R (2011-2014)
0.25	Toyota Prius (3rd Generation)
0.24	Tesla Model S[16]
0.24	Toyota Prius (4th Generation)[17]
0.235	Renault Eolab
0.212	Tatra 77A 1935
0.19	General Motors EV1 1996[15]
0.186-0.189	Volkswagen XL1 2014
0.18	Mercedes-Benz T80 1939
0.15	Schlörwagen 1939 [14]
0.1	smooth sphere (${\displaystyle \!\ Re=10^{6}}$)
0.076	Milan SL (one of the fastest practical velomobiles) [13]
0.075	Pac-car
0.005	turbulent flat plate parallel to the flow (${\displaystyle \!\ Re>10^{6}}$10^{6}" style="vertical-align:-0.338ex;display:inline-block;margin-left:-0.387ex;width:9.965ex;height:2.676ex;" />)
0.001	laminar flat plate parallel to the flow (${\displaystyle \!\ Re<10^{6}}$ )

4、Fluent中的关于CD,CL的各种坑

1、cd的值一般在0.01-1之间,但不是说不能大于1,根据上表,可以看到还有大于2的,但是极少

2、认为cd是不变,实际上随着速度的改变,cd值会变化,比如球体,会在0.1-0.5(对应re=1e6,1e5)之间变化。

3、核心大坑:在monitor中输出的CD的值,其实并不是Drag Coefficient,Lift Coefficient,而是Force,真正的Cd,Cl要自己通过公式进行计算。

对于Cd就是计算投影面积,速度,密度,阻力,套入1的公式,计算的结果才是Cd的值。你可以参考下图的log数据,阻力与计算的Force完全一样。

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