CFD专栏丨高效又轻松,试试基于这种方法的车辆涉水CFD分析?
车辆涉水
(图片来源于网络)
大雨过后路面会存有大量积水,车辆涉水行驶非常普遍。在涉水过程中雨水有可能进入动力舱,空调系统,或电气系统造成故障。如果车速过高,还有可能对底盘件造成冲击力,造成变形或脱离。
车辆涉水CFD分析其实就是一个自由液面+运动物体的仿真。传统的NS方程的求解器采用VOF两相流模型+动网格模拟此现象,理论上也是可行的。但是整车模型包含很多细节,前处理比较麻烦,而且计算效率不能让人满意。
SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)光滑粒子法将流体和固体区域都离散为粒子,在拉格朗日坐标系下求解NS方程,瞬态计算在每个时刻更新粒子的位置,自然捕捉到液位的变化,无须求解额外的 VOF输运方程。同时结合GPU高性能计算,可以轻松的分析此类问题。
如果你只有笔记本或入门级的台式机GPU显卡,那只能计算个小模型了,例如单个轮胎的涉水。
但是,如果你有Nvidia A100/V100/RTX8000这类高端显卡,那么就可以计算高保真度的整车涉水模型。
此示例模型为Altair CX1概念车
隐藏车身,三维流线可以清晰显示出雨水在发动机舱内的流动轨迹(时间平均流线)。
固体表面的染色显示,直观查看雨水浸泡表面。
设计变动,对比不同的底护板方案:
通常,整车模型在前处理 SimLab 中只要检查一下泄露(相邻部件可以穿透,甚至允许有小的间隙),即可生成粒子,整个前处理只要1小时。此模型采用8块V100显卡计算18小时(物理时间5秒)。
Altair CX1模型包含了底盘件(图1),还有发动机舱内的复杂装配体(图2)。
图1
图2
在v2021.2版本,前处理 SimLab 可以方便的创建水渠,模拟车辆下坡→涉水→上坡的过程。
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这样可以更加真实的模拟物理实验中涉水的场景(图3),后处理也可以选个不同的颜色(图4)。
图3
图4
换个侧面角度观察涉水过程
把前脸单独显示处理,检查雨水的瞬态冲击压力
局部模型+材质渲染查看雨水的飞溅效果:
使用Altair® nanoFluidX®可以帮助工程师在设计初期判断车辆关键区域(空调进气口、齿轮箱通气孔、电气设备等等)的进水风险。前处理仅需车身表面STL数据,无需花费大量人工时间清理几何。可以自动创建水渠几何,考虑水深和车速的变化。
取决于硬件配置,车速和粒子间距,整车涉水模型可以在数小时至2天内完成。后处理不仅可以观测水流动画,也可以采用时间平均法定量的评估流场的时间平均压力,流速和雨水的表面分布面积。
关于 Altair澳汰尔
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