汽車外流場分析及Zooming技術的應用

Garyice

2017年12月27日 10:26

汽車外流場分析是利用計算流體力學（CFD）的原理研究流體在流體流過汽車外表面時的流動規律的分析與研究，其分析目的是為汽車的外形優化設計提供可靠的數據支撐，進而提高汽車的外觀審美和燃油經濟型。汽車行駛時與空氣產生復雜的相互作用，這對汽車的行駛狀態影響很大，特別是汽車高速行駛時會承受強大的氣動力作用。眾所周知，汽車行駛時受到的氣動力是與汽車速度平方成正比，而汽車克服氣動阻力所消耗的功率和燃料是隨車速的急劇增加的。因此，使汽車具有良好的形狀以降低汽車的氣動阻力，不但可以提高汽車的動力性，而且還可以提高汽車的燃料經濟性。對于高速汽車來說，空氣動力穩定性是汽車高速安全行駛的前提。現代汽車工業越來越多的將CFD方法引入到設計中去，相比CFD方法，試驗法具有成本高，周期長，不能得到全部的外形氣動數據等缺點，理論分析法具有適應面小等缺點，CFD方法無疑是設計環節最有效快速的選擇。CFD在汽車中的應用一般包含以下幾個方面：

（1）汽車的外形空氣動力學設計（即外流場分析）。

（2）空調系統的流場、熱分析。

（3）發動機冷卻系統的流暢熱分析。

（4）駕駛室的熱舒適性分析。

（5）汽車的氣動噪音分析。

（6）空氣動力特性對汽車操作性的的影響。

其他還包括發動氣缸、燃燒、排氣管等流動分析。

Sctera是日本CRADLE公司研制大型通用CFD計算軟件，廣泛應于汽車制造，航空航天，化學反應、食品工程、制冷設備、建筑行業、海洋工程等多領域CFD分析，其擁有牛頓流體、非牛頓流多相流、化學反應、擴散、熱輻射、電子散熱的模擬功能，兼容四面體、五面體、六面體等多種類型網格，并且具有嵌套網格技術和多種高精度的差分格式。截至目前已經在全球擁有超過1000個license,以高速度的計算效率和超值的價格在市場中占有重要的地位。本文就汽車外流場分析和Sctera中的Zooming技術的應用做下介紹。

Zooming技術是在分析大空間的問題時，將分布較粗的網格的計算結果用于分布較細的網格的初始條件、邊界條件或某一關心的小區域中去，以便更好的獲得較好的結果的一種方式。Sctetra中可以用于Zooming技術的變量有：

1、邊界條件中的變量

進口出口：速度、溫度、壓力、湍動能、湍能耗散率，組分擴散濃度

2、壁面邊界條件中的變量

區域外的換熱系數

3、初始條件中的變量

速度、溫度、壓力、湍動能、湍能耗散率，組分擴散濃度，多孔介質溫度。

要用Zooming技術使用上面提及的變量，就要將其輸出在“FLD”文件中。舉一個環形風洞中的汽車氣動計算例子，物理模型是三維不可壓湍流流動。

第一步：為了節省計算機資源已經在粗網格中做了計算。

第二步：應用粗網格的結果在相對較細的網格上進行計算。

幾何模型如圖所示：