汽车空气动力学教程.ppt
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1、车辆空气动力学培训,CDAJ-China 技术部,目录,车辆空气动力学计算概论 基于STAR-CCM+的车辆空气动力学解析过程 解析用数据准备 几何数据准备与导入 Mesh生成 物理模型与边界条件设定 输出设定(Cd, Cl等) 解析执行与结果评价方法,车辆空气动力学计算概论,车辆空气动力学计算中具有代表性的评价指标是:Cd值,Cl值及Cp值。 Cd值,风阻系数 Cl值, 升力系数 Cp值,压力系数 车辆周边流场,车辆底部空间(underbody)与车辆尾部的流场具有强非定常特性(图示中绿色区域) RANS模型对漩涡运动的细节不能很好的捕捉所以在对求解精度有高要求的时候,使用DES模型进行非定
2、常计算是必要的,车辆空气动力学计算概论,车身阻力系数含义说明:,车辆空气动力学计算概论,压力系数含义说明:,车辆空气动力学计算概论,Cd值,定常计算也可以获得较好的精度 虽然车辆尾部的流场是非定常的,但使用定常计算也可获得5%的精度 一般,在调整解析参数前,结果可能偏高 影响Cd值的因素 车辆前方的压力分布 车辆的来流速度分布(profile) 车辆后方的压力分布 车辆上方产生的流动分离,对尾部流场的影响 汽车底部的流体产生的分离,对尾部流场的影响 流经两侧的流场情况,对尾部流场的影响 后视镜与车轮等引起的扰动,对尾部流场的影响 风洞数据存在的误差 相关的讨论 车辆尾部的流场是变化的,车辆前后
3、的压差也是变化的,通过underbody的风量是变化的,需要关注的是,车辆上方的流场,车辆侧方及后视镜与车轮附近的流场,underbody附近的流场。,车辆空气动力学计算概论,Cl值,适于用非定常计算来评价 影响Cl的因素: 车辆上方的压力分布 车辆上方的流场分布 车辆下方的压力分布 underbody附近的流场分布 underbody的形状一般比较复杂,流动较乱,漩涡比较多 通过underbody的风量,对尾部流场影响很大,车辆空气动力学计算概论,影响车辆空气动力学计算的其他因素 解析的边界条件与试验条件一致性 风洞条件 Open cross section Blockage correct
4、ion factor(=车辆投影面积/风洞入口面积) 如果该比值小于3%,这样可以不考虑风洞的影响。但通常真实试验情况下,该值达到10%的程度。若在解析中不考虑风洞的影响,则需要注意解析与试验结果的差异 地面条件 地面是否移动 车辆形状 门把手,侧窗上面的细节可能产生流动分离。 所以必须考虑试验模型与CFD模型在几何上的差别有多大。,车辆空气动力学计算概论,计算需要获得的典型结果及评价办法 Cd值,Cl值,Cp值 Wake (Total Pressure Coef.=0的等值面) 分离位置的显示 流速分布 压力分布,目录,车辆空气动力学计算概论 基于STAR-CCM+的车辆空气动力学解析过程
5、0. 几何数据准备 1. 读入几何数据 2. 几何模型准备 3. 面网格生成(Surface Wrapper) 4. 面网格生成(Surface Remesher) 5. 体网格生成 6. 解析设定 7. 求解 8. 后处理,0. 几何数据准备,风洞条件 风洞形状 边界条件(流速,压力,地面) 车辆形状数据 风洞试验时是否使用全尺寸,全细节模型 是否有对CAD数据的简化 试验模型的情况(对车门等处间隙的处理有无) 风洞试验结果 Cd值 Cl值 Cp值 是否有油流或PIV试验的可视化数据等,从CAD部件输出面网格,如STL。部分几何需要简化。 数据分类 将CAD数据大致分为以下几类: 车身上表面
6、 格栅 车轮 车身下表面 影响气流分离的一些其它几何部件(如支柱、扰流板、后视镜等) 在CAD里完成分类后,在STAR-CCM+里处理起来会省下不少工作量。 使用STAR-CCM+读入各STL数据。,单击File New Simulation。 Create a New Simulation 对话框出现。 选择单线程Serial。 单击OK。,1,Tips! 需要并行处理时,选择Parallel。,2,3,4,1. 读入几何数据,- 单击File Import Surface。 出现打开对话框。 - 选择文件star.dbs,点击 打开 。 出现Create New Region对话框。 点击
7、OK 。,2,1,3,4,5,6,7,几何视图显示,透明几何视图显示,2. 几何模型准备,重命名读入的几何数据 读入的CAD几何数据(以STL格式为例),文件会自动命名为类似“pro2stl”的Boundaries,将它们分别进行重命名。 将每个Boundary重命名为便于识别的名称。,边界分割 将读入的几何数据进行更详细的边界分割,分割的目的在于方便将来为不同的边界定义不同的网格尺寸、边界层参数、防接触设定、边界条件等。,利用patch分割边界 读入数据时,每个文件都有不同的patch编号。,手动分割,选择单元(按住Ctrl复选其它单元),选择面拓展方式,Sharp Angles 指定面拓展
8、的打断方式,手动分割,肉眼观察 通过肉眼观察读入的几何表面,找到诸如格栅部件、雨刷安装孔、管路开口等一些比较明显的未封闭计算域边界,准备进行修补工作。,使用间隔在2550mm间的截面来检查 创建2维截面 大孔,有间隙的地方 格栅部件 发动机底部 车门等部件间较大的间隙,截面生成,截面显示,改变截面位置,值在0.0250.05之间变化,封闭较大的洞和间隙 由于采用包面(Surface Wrapper)技术,较小的洞并不需要都封闭。 注意:下面以缝补轮毂上的洞为例来讲解补洞操作,实际模型中轮毂上的洞可能并不需要封闭。,使用特征线来封闭洞的方法 生成特征线,使用特征线来封闭洞的方法 删除多余的特征线
9、,删除多余的特征线,使用特征线来封闭洞的方法 封闭洞,使用特征线来封闭洞的方法 合并边界 删除特征线,使用修补工具修补洞 诊断,使用修补工具自由边修补洞 选择含有洞的边界,关闭显示,选择边界,使用修补工具自由边修补洞 选择自由边,用鼠标选择,选择自由边,单击右键,使用修补工具自由边修补洞 封闭洞,使用修补工具采用鼠标填补方法,用鼠标选择,此例中,采用鼠标填补方法的修补工具,封闭格栅部件、发动机底部及车头底部的漏洞和缝隙。,封闭格栅漏洞,封闭发动机底部漏洞,3. 面网格生成(Surface Wrapper),使用star-ccm+的包面(Surface Wrapper)功能,可以快速地修复几何数
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