汽车外流场分析及Zooming技术的应用

Garyice 2017年12月27日浏览：1651

汽车外流场分析是利用计算流体力学（CFD）的原理研究流体在流体流过汽车外表面时的流动规律的分析与研究，其分析目的是为汽车的外形优化设计提供可靠的数据支撑，进而提高汽车的外观审美和燃油经济型。汽车行驶时与空气产生复杂的相互作用，这对汽车的行驶状态影响很大，特别是汽车高速行驶时会承受强大的气动力作用。众所周知，汽车行驶时受到的气动力是与汽车速度平方成正比，而汽车克服气动阻力所消耗的功率和燃料是随车速的急剧增加的。因此，使汽车具有良好的形状以降低汽车的气动阻力，不但可以提高汽车的动力性，而且还可以提高汽车的燃料经济性。对于高速汽车来说，空气动力稳定性是汽车高速安全行驶的前提。现代汽车工业越来越多的将CFD方法引入到设计中去，相比CFD方法，试验法具有成本高，周期长，不能得到全部的外形气动数据等缺点，理论分析法具有适应面小等缺点，CFD方法无疑是设计环节最有效快速的选择。CFD在汽车中的应用一般包含以下几个方面：

（1）汽车的外形空气动力学设计（即外流场分析）。

（2）空调系统的流场、热分析。

（3）发动机冷却系统的流畅热分析。

（4）驾驶室的热舒适性分析。

（5）汽车的气动噪音分析。

（6）空气动力特性对汽车操作性的的影响。

其他还包括发动气缸、燃烧、排气管等流动分析。

Sctera是日本CRADLE公司研制大型通用CFD计算软件，广泛应于汽车制造，航空航天，化学反应、食品工程、制冷设备、建筑行业、海洋工程等多领域CFD分析，其拥有牛顿流体、非牛顿流多相流、化学反应、扩散、热辐射、电子散热的模拟功能，兼容四面体、五面体、六面体等多种类型网格，并且具有嵌套网格技术和多种高精度的差分格式。截至目前已经在全球拥有超过1000个license,以高速度的计算效率和超值的价格在市场中占有重要的地位。本文就汽车外流场分析和Sctera中的Zooming技术的应用做下介绍。

Zooming技术是在分析大空间的问题时，将分布较粗的网格的计算结果用于分布较细的网格的初始条件、边界条件或某一关心的小区域中去，以便更好的获得较好的结果的一种方式。Sctetra中可以用于Zooming技术的变量有：

1、边界条件中的变量

进口出口：速度、温度、压力、湍动能、湍能耗散率，组分扩散浓度

2、壁面边界条件中的变量

区域外的换热系数

3、初始条件中的变量

速度、温度、压力、湍动能、湍能耗散率，组分扩散浓度，多孔介质温度。

要用Zooming技术使用上面提及的变量，就要将其输出在“FLD”文件中。举一个环形风洞中的汽车气动计算例子，物理模型是三维不可压湍流流动。

第一步：为了节省计算机资源已经在粗网格中做了计算。

第二步：应用粗网格的结果在相对较细的网格上进行计算。

几何模型如图所示：