汽車風(fēng)阻特性仿真模擬的前處理分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u15269汽車風(fēng)阻特性仿真模擬的前處理分析案例概述 181121.1計(jì)算域的確定 1103291.2網(wǎng)格劃分 3228371.3邊界條件設(shè)定 3汽車外流場(chǎng)模擬的過程十分繁雜，它包括許多重內(nèi)容，例如幾何概念模型的準(zhǔn)確性，網(wǎng)格圖的質(zhì)量以及這些初始邊界條件的添加。以下各節(jié)討論了每個(gè)步驟。1.1計(jì)算域的確定在進(jìn)行CFD有限元分析和計(jì)算時(shí)，離車身較遠(yuǎn)的氣體對(duì)車體的影響很小，可以忽略不計(jì)。圖3-1風(fēng)洞模型軟件也無法將無邊際的空氣作為模擬對(duì)象，因此在計(jì)算中選取車身周圍的部分空氣作為研究區(qū)域。由于汽車模型已經(jīng)在SOLIDWORKS軟件中建立為了方便后期對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立了長(zhǎng)為八倍車長(zhǎng)、寬為六倍車寬、高為三倍車高的長(zhǎng)方體的流場(chǎng)范圍作為計(jì)算域。選用長(zhǎng)方體來代替風(fēng)洞模型以致于后期導(dǎo)出云圖，有利于網(wǎng)格劃分。在研究中，將汽車放入所建立的長(zhǎng)方形風(fēng)洞模型中，為了更好地表示汽車的行駛狀況，車輛模型的頂部，前部和側(cè)面之間的距離必須超過車輛模型的規(guī)格。如圖3-1。圖3-1風(fēng)洞模型在Fluent軟件中進(jìn)行數(shù)值模擬仿真要在ANSYSWorkbench工作平臺(tái)中選用FluidFlow(Fluent)分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，然后在Geometry中導(dǎo)入特斯拉modelX和比亞迪唐的SOLIDWORKS三維模型圖，但是SOLIDWORKS模型圖必須轉(zhuǎn)成STEP格式再進(jìn)行導(dǎo)入。在Geometry軟件中，首先導(dǎo)入特斯拉modelX和比亞迪唐的三維模型后點(diǎn)擊生成使特斯拉modelX和比亞迪唐模型在操作界面中顯示出來，然后按照上述建立計(jì)算域，使用工具命令下的“外殼”命令，然后進(jìn)入設(shè)置各邊長(zhǎng)度。計(jì)算域的設(shè)定如表3-1，表3-2。表3SEQ表格\*ARABIC\s11（a）特斯拉modelX計(jì)算域特斯拉modelXFD1,緩沖+X值FD1,緩沖+Y值FD1,緩沖+Z值長(zhǎng)度單位（mm）4140505215108表3SEQ表格\*ARABIC\s11（b）特斯拉modelX計(jì)算域特斯拉modelXFD1,緩沖-X值FD1,緩沖-Y值FD1,緩沖-Z值長(zhǎng)度單位（mm）414019225180表3SEQ表格\*ARABIC\s12（a）比亞迪唐計(jì)算域比亞迪唐FD1,緩沖+X值FD1,緩沖+Y值FD1,緩沖+Z值長(zhǎng)度單位（mm）5820516014610表3SEQ表格\*ARABIC\s12（b）比亞迪唐計(jì)算域比亞迪唐FD1,緩沖-X值FD1,緩沖-Y值FD1,緩沖-Z值長(zhǎng)度單位（mm）582018024350選用選擇過濾器：面。選擇車頭正對(duì)的面，邊界條件定義為速度入口，選擇命名為Inlet。車尾正對(duì)面定義為出口，選擇命名為Outlet，風(fēng)洞模型的四周選擇命名為Wall。1.2網(wǎng)格劃分由于空氣流動(dòng)的復(fù)雜性和不確定性，在建立完成計(jì)算域后，必須對(duì)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的質(zhì)量會(huì)影響CFD數(shù)值模擬計(jì)算，質(zhì)量越好，計(jì)算速度越快，結(jié)果精度越高，收斂性也更好。ANSYSWorkbench中對(duì)三維模型的網(wǎng)格劃分方法有自動(dòng)劃分法（Automatic）、四面體單元?jiǎng)澐址ǎ═etrahedrons）、六面體單元為主法（HexDominant）、掃略劃分法（Sweep）和笛卡爾法（Cartesian）五種，采用三棱柱和四面體混合對(duì)計(jì)算域進(jìn)行劃分，劃分效果如圖3-1、圖3-2所示，為了增加計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)車身拐點(diǎn)處添加網(wǎng)格加密，使之與拐點(diǎn)處的流場(chǎng)類型、速度和壓強(qiáng)相適應(yīng)。由于離車身越遠(yuǎn)處的空氣對(duì)汽車的作用力越小，因此越遠(yuǎn)的網(wǎng)格劃分越疏。物理偏好設(shè)定為CFD。求解器偏好設(shè)定為Fluent。單元的階設(shè)定為線性的。單元尺寸設(shè)定為0.3m。劃分ANSYSFLUENT軟件共生成節(jié)點(diǎn)172632個(gè)。生成單元917919個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分效果如圖3-2和圖3-3所示。從CFD模擬仿真的基本理論可以了解，網(wǎng)格劃分越小，網(wǎng)格總數(shù)越大，測(cè)量速度越慢，計(jì)算出的時(shí)間越長(zhǎng)。另外，網(wǎng)格的質(zhì)量和形狀與有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和時(shí)間消耗有一定關(guān)系。因此，在估計(jì)流體時(shí)發(fā)展有效的網(wǎng)格劃分也很重要。網(wǎng)格的大小和形狀對(duì)于實(shí)際操作非常方便，更加靈活，并且可以更加集成到復(fù)雜的數(shù)字模型中。添加的網(wǎng)格形狀包括四面體，六面體等。1.3邊界條件設(shè)定在ANSYSWorkbench工作平臺(tái)中，選用FluidFlow(Fluent)分析系統(tǒng)，在Geometry中導(dǎo)入特斯拉modelX和比亞迪唐的SOLIDWORKS三維模型圖之后，將模型導(dǎo)入Mesh模塊，進(jìn)入Mesh后進(jìn)一步設(shè)定網(wǎng)格單元的長(zhǎng)度，設(shè)置為0.3m，最后點(diǎn)擊網(wǎng)格右擊生成網(wǎng)格，之后就需要對(duì)汽車模型各個(gè)邊界設(shè)定邊界條件。因?yàn)樾枰獧z測(cè)汽車模型的氣動(dòng)阻力，所以要對(duì)特斯拉modelX和比亞迪唐的三維模型的空間流域進(jìn)行編輯生成。而且在Fluent中對(duì)于邊界條件的設(shè)置會(huì)使軟件在計(jì)算過程中，其精度出現(xiàn)偏差，在數(shù)值模擬時(shí)，風(fēng)洞模型的入口邊界，設(shè)定為X正向?yàn)樗俣热肟?，速度大小分別為40，60，80，120（km/h）。即11.11m/s，16.670m/s，22.220m/s，31.330m/s；地板平面設(shè)定為運(yùn)動(dòng)地面，速度與車速相當(dāng)，用以模擬行駛過程中地面的抽吸效應(yīng)；由于模型沒有添加輪胎，所以也沒有對(duì)輪胎進(jìn)行旋轉(zhuǎn)模擬，僅設(shè)定為滑移邊界條件；出口邊界條件壓力值設(shè)定為0Pa，超音速/初始表壓力為0(pascal)。空氣密度為3ρ=1.18415kg/m，是靜態(tài)的密度；湍流強(qiáng)度設(shè)定為5