基于STAR-CCM+的某车型最佳切风角仿真分析.pdfVIP

STAR 2013 中国用户大会论文集 基于STAR-CCM+的某车型最佳切风角仿真分析 王振，况庆，赵志明，王俊，李林 （长安汽车工程研究总院CAE 工程所，重庆 401120） (TEL: 023 E-Mail: erinyiruo@163.com) 摘要：应用 STAR-CCM+软件对某款车型进行了空气动力学分析优化。本文针对性的分析了多种造型特征的切风角对 风阻的影响，得出最有利于空气动力学性能的切风角造型。 关键词：切风角，空气动力学，CFD，STAR-CCM+ 0 前言 自首辆汽车诞生一个多世纪以来，随着汽车工业蓬勃发展，汽车技术日新月异，安全与节能已 成为汽车发展的两大主题。汽车空气动力学的发展不仅与目前汽车的发展主题相适应，更与汽车的 燃油经济性、动力性、操作稳定性、舒适性以及安全性等息息相关。经研究，在车速为60km/h 时， 气动阻力与滚动阻力相当，而当车速达到80km/h 后，气动阻力将成为汽车行驶的主要阻力，当车速 达到150km/h 时，气动阻力甚至是滚动阻力的2~3 倍。所以，随着高速公路的发展和汽车速度的提 升，汽车空气动力学的研究将在汽车开发过程中占有越来越重的地位。车头作为影响汽车空气动力 学性能的关键部分，其造型特点直接影响着汽车的流场分布和气动阻力大小。 本文使用 STAR-CCM+软件对公司某款车型进行了外流场数值仿真模拟，并对其车头切风角进行 了细致的分析优化，研究其具有最佳空气动力学性能的切风角造型。 1 气动分析理论基础及几何模型 1.1 理论基础 计算流体力学是指在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对 流体流动的数值模拟。通过这种模拟可以得到复杂流场内各个位置上的基本物理量（如速度、压力、 温度、浓度等）的分布情况，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性、 及脱流区等。目前研究湍流的控制方程主要有湍流瞬时控制方程和雷诺时均控制方程，同时，为了 求解控制方程，需要将控制方程在空间上进行离散化，而常用的离散方法有有限差分法、有限元法 和有限体积法。本次应用STAR-CCM+分析主要基于时均化的Navier-Stokes 方程组和近壁区壁面函 数法处理，并采用有限体积法离散化。 1.2 几何模型与物理模型 网格划分：采用Trim 网格，分别设置了五个加密区，五层壁面。 进口条件：速度进口条件。 出口条件：压力出口条件。 固壁条件：速度为零。 湍流模型：Realizable k-e 湍流模型。 壁面函数：Two-Layer All y+ Wall Treatment 。 采用长方体区域模拟车体模型在风洞中的情况，计算域的大小如下图所示： 作者简介：王振，长安汽车工程研究总院CAE 工程所，TEL: E-Mail: erinyiruo@163.com STAR 2013 中国用户大会论文集 图1 计算域 图2 模型图示 图3 体网格加密图示 2 结果分析 2.1 压力云图与研究区域图示 局部放大 图4 基础模型的压力云图 针对研究区域（图中红色线框区域），车头压力从左侧的红色高压区很快变化到前轮眉处的蓝色 负压，一般情况下，压力变化过快的区域（气流分离较严重）都属于需要重点关注优化的区域，下 面针对此区域做了六种优化方案，并分析研究其风阻变化。 2.2 优化方案 图5 中所示曲线从内侧至外侧分别命名为：Mod 1 、Mod 2 、1 Mod 3、Mod 4 、Mod 5 、Mod 6、 Mod 7 ，其中，Mod 1 为基础模型，其过度均匀，Mod 2~Mod 7 分别在此区域做不同程度的切 风角，分析其对风阻的影响，找出最有利于风阻的造型特征。 图5 优化方案示意图 在做优化方案时，Mod 2~Mod