對于一名CFD分析工程師來說，要想獲得高精度的分析結果就意味著需要花費較多的時間和精力來進行幾何模型清理和網格準備工作，Ansys通過持續改善產品功能，助力分析流程加速。目前Ansys旗下針對通用流體分析的網格生成工具主要有：ICEM CFD、Workbench Meshing、Fluent Meshing (FM)、SpaceClaim Interactive Meshing (SCIM)這四大類：

Fluent Meshing的前身是鼎鼎大名的TGrid，它是一個非常強大的非結構網格生成工具，但由于交互方式和用戶體驗等原因，一直沒有得到廣泛的應用。盡管如此，由于其強大的網格生成和優化能力，國內還是有一些忠實的用戶在最關鍵的體網格生成環節選用TGrid來保證體網格的質量和生成效率。為了讓TGrid的強大網格生成功能被更加廣泛的行業客戶采用，Ansys從R14.5版本開始推出了Fluent Meshing，并在后續版本中持續改善工作流程和交互方式。

為了讓各行各業的廣大用戶更全面深入地了解Fluent Meshing全新體驗，Ansys將推出一系列針對Fluent Meshing在不同行業的具體應用案例，旨在通過這一系列工業產品全方位的網格生成解決方案的展示，讓大家切身體驗到Fluent Meshing所帶來的超強能力和價值。本文作為該系列專題內容的開篇，將詳細介紹Fluent Meshing在汽車整車空氣動力學和熱管理分析中的應用。

汽車整車空氣動力學和熱管理性能是汽車設計和研發過程中的一個必經驗證環節，也是風噪、涉水過程分析的基礎。雖然從流動和傳熱過程類型看，汽車空氣動力學和熱管理性能評估屬于傳統的外部繞流流動和傳熱分析，但也具有鮮明的行業特點和分析流程。因此，要保證分析的可靠性，必須在前處理過程中基于分析需求進行針對性處理。

綜合看來，想要完成一個高精度的整車空氣動力學和熱管理性能評估任務，前處理過程中也會面臨諸多難點，一款優秀的前處理工具需要對這些難點提供針對性解決方案，幫助用戶各個擊破。

一般來說，汽車一般由發動機、底盤、車身、電氣設備等四個基礎部分組成，這四大系統又可以細化分為若干子系統，一般車型的零部件數量都在上萬個以上，一個工程化的整車分析幾何模型文件一般都達數GB，顯而易見，這就對前處理工具的穩定性能和網格劃分效率提出更加苛刻的要求。

整車主要系統部件

汽車是裝配關系高度復雜的工業產品，零部件眾多，供應鏈體系龐大。不同零部件在創建CAD模型時有不同的要求和方法，這就導致整車裝配幾何模型存在較多的間隙和缺陷，這會給后續的面網格生成帶來巨大的障礙，常規的基于幾何表面細化的面網格生成算法會面臨低效甚至失敗的風險；此外由于主機廠車型保密原因，很難提供可以直接修改的CAD文件，更多廠商都傾向于使用不體現建模歷史的刻面數據來進行模型輸入。這就直接決定了整車外流場和熱管理分析必要的工作流程和工具的選擇，當前階段很多廠商都會在刻面數據的基礎上進行面網格的修復和優化然后進行后續的體網格生成。

汽車零部件之間的幾何尺度從幾百毫米到幾毫米不等，在進行外流場分析時，必須能夠精確區分出這些細節特征，而不造成網格數量的激增，這對前處理工具的穩健性和算法提出了更高的要求。

在整車的外氣動和熱管理分析中，除了常規的車身、底盤、空氣動力學套件等部件，整車前端冷卻組件中的散熱器、冷凝器、中冷器、油冷器等部件都會對整車的風阻特性和熱管理性能產生較大的影響，一般在分析中需要使用多孔介質模型或者Heat Exchanger 集總參數模型模擬前端冷卻組件的氣動阻力和液側氣側的換熱特性。在前處理流程中需要對這些部件使用等效實體網格進行近似。并與外部空氣流動區域進行有效的連接。

Heat Exchanger等效模型

即使在高效的圖形工作站上，一套合理的網格生成時間都以數小時計，分析人員為了提高工作效率，往往會借助于腳本，批處理工具讓網格劃分流程在后臺自動執行，這就對前處理流程的執行效率和交互方式提出了更高的要求；另外，對于一個整車氣動分析設計人員來說，尾部擾流板、底部擴散器、前唇、側裙、氣壩、主動格柵等空氣動力學套件是提高風阻特性常用的挖潛選項，但很多時候優化并不是單一目標的優化，必須結合其他專業需求例如車身造型、冷卻性能等進行通盤考慮，這就要考察不同組合形式中的最優解。因此，設計初期必然會有大量工況和部件組合方式的驗證分析，從而對前處理工具的執行效率提出了更高的要求。

FTM集成了數值風洞自動創建、多種尾流加密區域自定義等關鍵節點，用戶可以方便地在流程中進行定義和后續修改。

車身外形自適應尾流加密區域（縱向）-3層

車身外形自適應尾流加密區域（橫向）-1層

采用導入CAD模型（CAD Assembly）、幾何對象（Geometry Object）、網格對象（Mesh Object）三個類別的對象類型管理導入數據，幾何對象基于CAD模型進行編組和取舍，網格對象則用于處理規則的表面網格，例如MRF交界面，HX表面等，這樣就方便進行部件的替換和修改，而不影響后續的設置過程。

對于短時間內無法人工修復的表面，FTM提供了基于Shrink-wrap技術的封閉表面網格生成技術，可以自動將破洞面積小于所設置的泄露探測閾值的孔隙自動填充，隨后再進行整體面網格重構，最終構建封閉的面網格。包面是借助于背景笛卡爾網格與導入CAD模型的相交關系識別幾何表面，并進行泄露封堵的技術。

1. 原始幾何模型

2. 背景笛卡爾網格

3. 泄露填充后封閉的面網格

左 右 滑 動

包面執行過程原理：1-2-3

除了車身外部的空氣流動區域，如果需要封閉整車模型中其他零部件的外表面，例如發動機，變速器等，FTM還提供了靈活的基于內部包面和外部包面的定義方式來處理多個封閉區域的面網格抽取問題。

←

外部包面

(Outer Wrap)

內部包面

(Inner Wrap)

→

對于前端冷卻組件中需要使用等效模型的部件，FTM流程可以通過選取多孔介質區域的4個角點來自動生成規則的內部實體網格，并在流程執行完成后可以完成交界面區域的自動配對。

FTM多孔介質區域定義

前端冷卻組件附近體網格

Fluent Meshing支持體網格并行劃分，可以充分利用計算資源提升網格生成效率。下圖是一個卡車模型包含90個對象，在16個物理核心的平臺上只需要39分鐘即可以完成29.4M 的Hex-core網格的生成。

計算區域體網格

并行網格劃分效率

在FTM流程中定義的所有參數、對象和區域選取都會自動記錄并跟隨網格文件一起保存，在設計輸入或參數更改時，只用右鍵選擇“Update“即可完成流程的自動執行和更新。用戶也可以選擇將劃分流程創建為自定義模板進行發布，這樣就保證了網格劃分流程的標準化，尤其是尾流加密區域的定義、尺寸函數的定義等關鍵設置節點的一致性。

FTM執行界面

在上述的前處理流程完成后，可以直接切換到求解器環境中，執行后續的整車外氣動、熱管理以及其他方向的仿真分析。

整車外氣動分析 

排氣系統散熱分析

汽車涉水分析

綜上所述，全新體驗的Fluent meshing憑借其強大的非結構化網格生成能力，可對汽車整車空氣動力學和熱管理分析在前處理過程的特定需求提供支持，通過采用更易于自動執行和設置的流程化網格生成模塊：Fault-tolerant mesh (FTM)，配合穩健和高效的Fluent 求解器，實現在統一界面環境下完成整車空氣動力學和熱管理分析。