基于CFD的运动型多功能车外流场数值模拟.docVIP

基于CFD的运动型多功能车外流场数值模拟 Based on the CFD suvs flow field numerical simulation 【摘要】利用CATIA、ICEM、FLUENT等软件对某一型SUV进行建模、网格划分、外流场数值模拟,分析车身表面速度分布和压力分布，了解气流运动规律，结合理论分析其各部分结构对外流场的影响及规律。为获得最佳的空气动力性的汽车设计提供了直观依据。 关键词: CFD; 汽车外流场; 速度场; 压力场 中图分类号: 文献标识码： 【Abstract】Using CATIA, ICEM, FLUENT software such as a type of SUV for modeling, meshing, flow field numerical simulation , analysis the vehicle surface velocity distribution and pressure distribution, understand the law and the case of air movement, combined with a theoretical analysis of the impact of the external flow field structure of its parts and law. To get the best aerodynamic car design provides an intuitive basis. Key words: CFD;Automotive the outflows field; velocity field; pressure field 引　言 汽车行驶时气流的作用主要是产生升力和阻力，对于高速行驶的汽车，良好的空气动力稳定性是安全行驶的前提。运用计算流体动力学（CFD)方法研究汽车行驶中的外流场，具有周期短、费用低等优势，因此得到了越来越广泛的应用。 1、汽车外流场数值模拟理论基础 在汽车空气动力学领域中，计算模拟方法的实质就是把描述空气运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程组，建立可在计算机上求解的算法。 1.1基本控制方程 基本控制方程包含连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程，由于能量方程是流体流动与传热问题的基本控制方程，对于汽车外流场，热交换量很小，可以忽略，故在仿真过程中不考虑能量守恒方程，只需联合求解连续性方程和动量方程。 1.2湍流模型 常用湍流流动模型包括单方程模型、标准k-模型、RNG k-模型、Realizable k-模型以及大涡模拟。因Realizable k-模型收敛性相对于RNG k-模型较好，计算结果也较为精确，所以本文选择Realizable k-模型。 2、SUV运动型多用途车几何模型建立与网格划分 2.1 CAD几何模型建立 因为本次研究侧重于车身造型对汽车气动特性的影响，所以在不改变流体轨迹整体走向的前提下,对几何模型作如下简化：省略车灯、后视镜、门把手凹陷处及轮胎等车身外部的突出部件, 车底以平整面代替真实的凸凹形状。 图2-1 风洞与整车的计算区域模型 2-2 车身切面处体网格的分布情况 2.2 计算区域的确定 为了使来流均匀稳定，来流进口应距车身头部一定距离，而为使尾流充分发展，车身尾部距离出口应保持适当距离，以避免在计算过程中因计算区域过小产生回流[7]。如图2-1所示，本次仿真设定的计算区域为车前方三倍车长，后方六倍车长，车上方为四倍车高，左右两侧各三倍车宽。 2.3 网格划分 本次仿真网格划分采取策略是首先在车身以及计算域边界的表面生成三角形壳网格。如图2-2所示，然后在壳网格的基础上，在车身表面上拉伸3层三棱柱网格，然后用四面体网格填充棱柱网格与边界之间的空隙。 3、模型的求解与结果分析 3.1模型求解设置 风洞入口边界设定为V=30m/s,即108km/h。出口边界条件为自由条件,计算中不考虑温度的影响。采用Realizable 模型，车身表面、计算边界及地面都默认为边界条件，且设置为无滑移边界条件,所有物理量的残差设定为1.0E-4，迭代次数设置为2000步。 3.2 求解结果分析 通过本次仿真，可以得出汽车外部流场的压力和气流速度的分布情况，由图3-1及图3-2可以看出当来流与汽车车头相遇，使流速大大降低，形成一个高的正压区。而在驻点附近气流产生分支，分别绕上、下汽车表面流动而形成对车身的绕流。流向汽车上部气流，在流经汽车发动机盖前缘时，由于这部分曲率大，气流不能及时转折而出现局部分离，且