Hydrodynamical simulations in FLUENT

Abstract

A methodology for hydrodynamical simulations in FLUENT is described. The current application is the computational fluid dynamics analyses of two- and three-dimensional wings conducted as part of an underwater towing project (reported in Ø. Andreassen et al.: ”Hydrodynamic design and analysis of tail fish”, FFI-report 2010/00136), but the methodology is applicable to more general hydrodynamical problems. The Navier-Stokes equations for incompressible viscous fluid flow are solved using the software package FLUENT. The main results from these simulations are lift, drag, and moment coefficients of the wings, as a function of angle of attack. Grid design and the application of a turbulence model are discussed in the report. Two-dimensional wing profiles with available reference data for air flow are used to verify the simulations. Then the same profiles are simulated in water, together with some alternative profiles. Finally, two different three-dimensional delta wings are simulated in water. It is shown that the size of the computational domain has a strong influence on the drag coefficients in two dimensions, but much less in three dimensions. The results obtained in this work have been used in the underwater towing project.

Denne rapporten beskriver en metodikk for hydrodynamiske simuleringer i FLUENT. Den aktuelle anvendelsen er fluiddynamikk-simuleringer av to- og tredimensjonale vinger utført som en del av et undervanns-taueprosjekt (beskrevet i Ø. Andreassen et al.: ”Hydrodynamic design and analysis of tail fish”, FFI-report 2010/00136), men metodikken er anvendbar for mer generelle hydrodynamiske problemer. Navier-Stokes-ligningene for inkompressibel viskøs strømning er løst med simuleringsprogrammet FLUENT. Hovedresultatene fra disse simuleringene er koeffisienter for løft, drag og moment for vingene, som funksjon av angrepsvinkel. Design av grid og anvendelse av en turbulensmodell er diskutert i rapporten. Todimensjonale vingeprofiler med tilgjengelige referansedata i luft er brukt til å verifisere simuleringene. Deretter er de samme profilene simulert i vann, sammen med noen alternative profiler. Til slutt er to forskjellige tredimensjonale deltavinger simulert i vann. Det vises at størrelsen på beregningsområdet innvirker sterkt på drag-koeffisientene i to dimensjoner, men mye mindre i tre dimensjoner. Resultatene fra dette arbeidet har blitt brukt i undervanns-taueprosjektet.