高速外氣動的案例
5/25 Ansys高速外氣動新功能
內容簡介
飛行器外氣動新功能更新、涉及高速算法、外氣動模板、雙溫模型、燒蝕模型、動網格、重疊網格、輔助收斂等相關功能。
面向受眾
航空、航天、兵器等相關軍工總體氣動設計單位及相關氣動設計工程師、與飛行器總體單位相關的零部件設計仿真部門幾相關設計仿真工程師等。
活動推介 | 本周Ansys 2022 R1新品發布系列網絡研討會
本周還將推出多場行業應用線上活動以及新品系列網絡研討會，主題包括：動力電池、高速外氣動、仿真優化等，歡迎大家預約報名參會。
5月24日 | Ansys動力電池新功能介紹
簡介：介紹Ansys 電池解決方案最新的進展，包括基于物理的電池壽命模型、更方便的降階生成方法和電池pack builder 工具。
報名鏈接：https://v.ansys.com.cn/live/OSxYJfDU?source=sunpro
5月25日 | Ansys高速外氣動新功能
簡介：飛行器外氣動新功能更新、涉及高速算法、外氣動模板、雙溫模型、燒蝕模型、動網格、重疊網格、輔助收斂等相關功能。
報名鏈接：https://v.ansys.com.cn/live/ubiPQeRG?source=sunpro
5月26日 | 基于HFSS/optiSLang的前仿真優化及材料擬合仿真
簡介：材料參數的準確性直接決定了仿真結果的可靠性和工程價值，對材料參數進行校正和驗證是仿真設計不可或缺的環節。傳統的DK/DF/SR測試方法，只能獲取部分參數，或者只能測試幾個頻點的參數，無法準確表征材料的頻變特性和因果特性，在寬頻帶的仿真中，可能會導致結果的失真，甚至導致因果性問題。材料參數的擬合方法上，需要同時考慮損耗，相位，反射等多個指標作為約束目標，同時考慮材料的頻變特性，傳統方法基本無法完成。optiSLang采用DOE和響應面方法進行全局探索，通過敏感度分析確定關鍵變量因子，可以很好的處理材料參數的多因子輸入（5-15變量），多響應擬合（3-5個指標）的擬合需求，無需做任何人為假設，從客觀上獲取材料參數結果。
展開 報名 | 5月Ansys 2022 R1 流體系列新功能更新（共4場）
在此前Ansys 2022 R1新品發布系列網絡研討會中，多位Ansys流體工程師為大家陸續帶來Ansys Fluent 2022 R1整體新功能介紹，以及旋轉機械、多相流、燃燒與化學反應、汽車外氣動以及電子散熱風扇葉片優化等主題分享，5月，Ansys將繼續推出系列流體功能更新介紹，分別有Fluent Meshing、Ansys Rocky 、動力電池、高速外氣動，共計4場主題網絡研討會，歡迎廣大流體用戶預約參加活動。
主題概況如下：
在2022 R1中，Fluent Meshing支持在流程中支持更多貼近具體工程應用的任務，可以滿足電池，電機等復雜產品對于網格數量和質量的要求
Ansys Rocky基于DEM方法，能夠高保真的模擬顆粒(無論是顆粒時纖維，殼體以及任意形狀) 的運動，幫助研究工程設計中流體，傳熱以及結構相關的問題
Ansys 電池解決方案最新的進展，包括基于物理的電池壽命模型、更方便的降階生成方法和電池pack builder 工具
飛行器外氣動新功能更新、涉及高速算法、外氣動模板、雙溫模型、燒蝕模型、動網格、重疊網格、輔助收斂等相關功能
5月18日 | Fluent Meshing新功能及演示
面向人群：對于Ansys CFD產品前處理流程感興趣的工程師以及從事新能源電池，電機熱分析的相關分析設計人員。
展開 自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動阻力分析
摘要：本文以高速列車車頭和單組車身模型為研究對象，使用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid進行建模和仿真，研究其明線運行時的氣動特性，并與成熟商用CFD軟件對比，驗證了PERA SIM Fluid的高精度和可靠性。
關鍵詞：高速列車；氣動特性；PERA SIM Fluid
0 引 言
列車氣動阻力與列車速度二次方成正比，隨著列車運行速度的提高，氣動阻力在總阻力中的占比增加，當列車時速超過250公里時，氣動阻力占總阻力的75%~80%，同時氣動阻力特性關系到列車節能環保能力，還是選擇合理配置牽引動力裝置的基本參數之一。
氣動阻力由壓差阻力和摩擦阻力組成，摩擦阻力是指列車運行時黏性切應力沿列車運動反方向形成的合力；壓差阻力是指列車表面壓力沿列車運行反方向形成的合力。
列車相關阻力的計算，一直以來人們都沿用“戴維斯公式”：
式中：R為總阻力；V為相對靜止空氣的速度；A為滾動機械阻力；B1為其他機械阻力；B2為空氣動量阻力；最后一項為列車所受外部氣動阻力，系數C的計算公式為：
式中：ρ為空氣密度；S為列車迎風面積；Cd為阻力系數。
通過數值模擬方法可以計算出列車所受的空氣阻力Fd，基于上述參數可得阻力系數的計算公式：
本文采用安世亞太自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對列車單組車廂的氣動性能進行了仿真分析。
1.
展開 
Fluent 合成風法高速列車橫風靜態氣動特性仿真（一）
本案例利用Fluent 合成風法對高速列車橫風影響下的靜態氣動特性展開仿真，主要是對比了幾種不同邊界條件的影響，確定更為合理的邊界條件，為后續的橫風計算提供參考。對橫風32m/s（風向角90°）、行駛速度為300km/s的復興號展開仿真，該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考。通過此案例后續可以對不同橫風角度、不同模型、不同行駛速度等工況展開類似仿真計算。
1 合成風法說明
當給定邊界條件時，對于側風的設置如下：假設動車組列車的行駛速度為v，列車運行方向為向左運行，此時風作用于列車的空氣流動的速度為?v。給定一個確定的側風速度w，側風向下作用，風向角度為a。由于作用于列車運行方向反向的空氣流動速度與作用在列車側壁上的側風速度共同作用，產成了合速度u。在計算過程中，設置合速度u為入口邊界速度矢量。
2 workbench 設置
本案例計算模型簡單，且為瞬態計算，僅需選擇Fluent（帶網格劃分模塊即可），相關的workbench設置如下圖：
3 SCDM 設置
3.1 導入幾何
本案例對比了常見的兩種建模方式，與三種不同的邊界。
建模方式一
建模方式二
可以發現，主要區別在于列車的角度，建模方式一列車平行于x軸。建模方式二列車與x軸有夾角。
4 Fluent meshing 設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。具體的劃分結果如下圖所示：
5 FLUENT 設置
5.1 General設置與網格導入
由于本文只探討穩態計算結果，此處的設置比較簡單。
5.2 邊界條件設置
地面設置為free-slip，幾何圖中未標注的其他邊界為對稱面。
展開 Fluent 動網格+UDF 高速列車橫風影響下動態氣動仿真(一）
本案例利用Fluent動網格對高速列車橫風影響下的動態氣動特性展開仿真。對橫風32m/s（風向角90°）、行駛速度為300km/s的復興號展開仿真，該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考。通過此案例后續可以對不同橫風角度、不同模型、不同行駛速度等工況展開類似仿真計算。
文本涉及到UDF、層鋪網格，網格劃分與流場設置十分繁瑣，可能有部分遺漏，大家可以留言詢問。
1 動網格技術說明
在Fluent中用于動網格更新的模型有以下3種：
彈簧近似光順模型（Spring-Based Smoothing）、動態鋪層模型（Dynamic Layering）以及局部網格重構模型（Local Remeshing）。
彈簧近似光順模型中的位移量來修改的，進而對網格進行光順調整。通常近似光順模型和局部網格重構模型聯合使用。
動態鋪層模型是Fluent動網格方法一般適用于二維的四邊形網格或三維的六面體棱柱網格，網格能夠根據運動情況進行自動劈分、合并，但是該方法多應用于單自由度運動模式。
在本研究中采用動態層鋪模型對高速列車運動進行模擬。
2 UDF說明
在本研究中采用動態層鋪模型對高速列車運動進行模擬。
展開 中日研發高速氣動懸浮列車 時速可達400-500公里
不用煤不用燃氣不用電 時速可達400-500公里
重慶理工參與研發高速氣動懸浮列車
不需要傳統的煤、氣、電提供動力，列車時速可達400~500公里，你相信嗎？近日，記者在重慶理工大學車輛工程學院就看到了這樣的“高速氣動懸浮列車”模型。你認識名叫鵜鶘的鳥嗎？高速氣動懸浮列車的靈感就來自于它。有關專家稱，這款列車有望改變世界交通系統。
子彈頭車頭似高鐵 車身有環形翼像飛機
記者看到，這款高速氣動懸浮列車模型長一米多，子彈頭車頭似高鐵列車，車身則有環形翼和氣流推進器，又跟飛機有些相似。
“高速氣動懸浮列車第一代、第二代樣式試制及實車試驗已經在日本完成。”重慶理工大學領銜參與高速氣動懸浮列車研發的教授賴晨光介紹，這樣的高速氣動懸浮列車，完全采用自然能源驅動，使用成本低，速度還非?？?。“如果以時速500公里為前提，氣動懸浮列車的能耗是高鐵的1/3、磁懸浮列車的1/6?！? 賴晨光說，他是在2004年接觸到這一項目的?！澳菚r候，我以吉林大學教師的身份參與這個項目?！? 2007年，賴晨光來到日本，更加深入地參與了該項目的研究，“主要負責空氣動力學這一塊。”
曾兩個月沒出實驗室 提出環形翼設計方案
2007年到2011年，賴晨光在日本進行了四年的研究。這四年，他每天待在風洞實驗室里，用煙霧法觀察空氣的流動，甚至一度引起中毒而住院?！坝袃蓚€月，我足不出實驗室，飯都是送進來吃。”在一次試驗中，賴晨光中毒倒下，住了好幾天院。
2011年，賴晨光來到重慶理工大學，他帶領著4位老師、二十多位研究生，繼續攻關高速氣動懸浮列車。
經過深入研究分析，重慶理工大學汽車空氣動力學團隊提出了高速氣動懸浮列車行駛穩定性控制的理論與方法，為其深入研究和開發提供了關鍵的理論指導和依據。
展開 Ansys CFD在eVTOL領域的解決方案，涉及飛行車外氣動、旋翼、氣動噪聲和電池熱管理等【6月19直播】
eVTOL在研發過程中有諸多難點和重點，Ansys CFD 在 eVTOL（電動垂直起降飛行器）領域提供了覆蓋氣動優化、多物理場耦合、熱管理、噪音控制等全流程的仿真解決方案，助力工程師應對復雜設計挑戰。
ZEVA ZERO曾利用 Ansys CFD 優化氣動布局，使其在垂直起降時的噪音低于街道環境，同時滿足 GoFly 競賽中 40 海里續航和 100 mph 速度要求；Volvo EX90 電動車通過 GPU 加速 CFD 模擬，將空氣動力學優化周期縮短，助力提升電動車續航里程。
6月19日，以『Ansys CFD在eVTOL領域的解決方案』為主題的Ansys官方研討會于線上開展，下滑預約??
時間：6月19日（星期四），16：00-17：00
內容簡介：主要介紹Ansys CFD產品在電動垂直起降飛行器(eVTOL)產品研發過程中的解決方案；解決方案涵蓋飛行車外氣動、旋翼、氣動噪聲和電池熱管理等方面的仿真解決方法和相關案例。
講師：
姚翔 | Ansys高級應用工程師
北京航空航天大學能源學院葉輪機械工學碩士。長期從事旋轉機械相關的設計、仿真工作，現任Ansys旋轉機械方向應用工程師，對Ansys旋轉機械產品體系有著豐富經驗。
形式：線上
費用：免費
掃碼立即報名
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技術鄰簡介：
技術鄰專注于工科技術社區，從最早的CAE技術社區（中國CAE聯盟）發展而來，在CAE領域有20年的教學和咨詢服務經驗。
展開 ANSYS系列高級培訓（上海）：ANSYS Fluent高速氣動分析 10月17日~18日
ANSYS Fluent高速氣動分析高級培訓
【2017年10月17-10月18號】
課程介紹：
高速氣動分析主要研究高速飛行器在各種飛行條件下，流場中氣體的速度、壓力和密度等變量的變化規律，飛行器所受的升力和阻力等空氣動力及其變化規律。高速飛行器外流場研發過程中常涉及到高馬赫數、強激波、轉捩、邊界層分離、氣動熱、噪聲、外彈道、氣動彈性、流-固-熱耦合等方面的工程問題。
隨著CAE仿真技術的日趨成熟，企業完全可以將這種先進的研發手段與傳統的試驗和設計經驗相結合，全面擁抱完整的虛擬原型設計，從而提升研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
ANSYS Fluent作為流體分析的黃金工具，在業界一直廣受推崇。Fluent提供了先進的算法、豐富的湍流模型，可以精確的分析各類高速飛行器氣動問題。
本次培訓針對高速飛行器氣動分析的方法和手段進行相關培訓，為提升相關科技工作者的相關技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“ANSYS Fluent高速氣動分析高級培訓”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 Fluent戰機外氣動模擬流程
之后更新邊界類型，外流域邊界對著尾跡的z-方向定義為壓力出口，戰機表面為Wall，其他邊界均為壓力遠場。
由于算力和時間所限，本例演示不畫邊界層。通常對于一般的低速飛行器需2~5層邊界層，而高速飛行器需要12~15層邊界層。
以100mm為最大體網格尺寸生成六面體網格。與生成面網格時一樣，生成后Console欄會提示網格質量，或者通過Report>Cell Limit查看網格質量。寫入msh文件保存。
以100mm為最大體網格尺寸生成六面體網格。與生成面網格時一樣，生成后Console欄會提示網格質量，或者通過Report>Cell Limit查看網格質量。寫入msh文件保存。
3 計算設置與后處理
設置壓力基及穩態計算。對于亞音速和超音速外氣動計算，需要考慮氣體可壓縮性，并打開能量方程。湍流模型選擇k-w SST。
空氣設置為理想氣體，粘性系數選擇Sutherland，并選擇默認的三系數定律。
在Cell Zone Condition的設置中，點擊Operating Conditions，將Operating Pressure置為0。通常在一般速度的管流和外流計算中，Operating Pressure采用101325Pa；但在可壓縮流體的計算中，為了減小舍入誤差，使用0。
在邊界條件的設置上，首先把xmax和xmin兩個外流域面的改變為對稱面。之后需要給來流面zmax設置邊界條件。根據外氣動相關理論，有如下公式。其中p0、T0分別為來流上游的總壓、總溫。γ為空氣絕熱指數，取1.4。M為馬赫數，這里假定馬赫數為0.7。
展開 【AICFD案例操作】汽車外氣動分析
AICFD是由天洑軟件自主研發的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對某汽車仿真模型，在車速為40m/s時進行了汽車外流場的數值模擬。
2）網格
整體網格為四面體網格單元為主的非結構網格，網格數量244萬。
*圖1-1 網格模型
3）計算條件
入口速度：40 m/s；出口靜壓：0Pa；湍流模型：SST k-omega；介質：25°空氣。
二、網 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設置工程文件名，點擊“確定”。
*圖2-1 AICFD窗口
*圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄 網格>導入網格 ，導入外部生成的計算域網格。
*圖2-3 幾何導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
*圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解> 求解模型，設置湍流模型。本案例為穩態計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用SST K-omega模型，設置重力
展開 
行業應用方案 | 飛行器外氣動
高精度求解器：業界標桿黃金求解器Fluent，包含基于密度基的超音速和高超音速飛行器外氣動求解器及高速數值收斂算法、基于壓力基的亞音速/跨音速和超音速飛行器外氣動求解器、適用于彈箭發射/投放等運動體分析的動網格技術和重疊網格技術、適用于激波捕捉的網格自適應技術、適用于氣動外形優化的Adjoint solver模塊、適用于氣動噪聲分析噪聲模塊、以及適用于全速度場氣動分析的Fluent Aero氣動分析模塊等。
高性能并行技術：支持分布式多線程共享內存并行（SMP）以及多核多CPU（DMP）并行，能夠自動依據計算機資源優化內存的使用，高性能并行計算具有線性加速能力，并且支持GPU加速功能。
Ansys高效高精度氣動解決方案在模型處理、網格劃分、計算求解、并行加速及后處理方面的創新及提升極大地加快了飛行器外氣動計算效率，通過將Ansys先進的氣動解決方案與傳統的試驗和設計經驗相結合，可以實現全面完整的虛擬原型設計，從而提升飛行器研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
展開 行業應用方案 | 飛行器外氣動
高精度求解器：業界標桿黃金求解器Fluent，包含基于密度基的超音速和高超音速飛行器外氣動求解器及高速數值收斂算法、基于壓力基的亞音速/跨音速和超音速飛行器外氣動求解器、適用于彈箭發射/投放等運動體分析的動網格技術和重疊網格技術、適用于激波捕捉的網格自適應技術、適用于氣動外形優化的Adjoint solver模塊、適用于氣動噪聲分析噪聲模塊、以及適用于全速度場氣動分析的Fluent Aero氣動分析模塊等。
高性能并行技術：支持分布式多線程共享內存并行（SMP）以及多核多CPU（DMP）并行，能夠自動依據計算機資源優化內存的使用，高性能并行計算具有線性加速能力，并且支持GPU加速功能。
Ansys高效高精度氣動解決方案在模型處理、網格劃分、計算求解、并行加速及后處理方面的創新及提升極大地加快了飛行器外氣動計算效率，通過將Ansys先進的氣動解決方案與傳統的試驗和設計經驗相結合，可以實現全面完整的虛擬原型設計，從而提升飛行器研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
展開 利用Fluent Aero進行戰機外氣動模擬
不過前處理方面要依賴Fluent Meshing，而且仍然是基于傳統有限體積法的外氣動分析。一般應對復雜大模型的外氣動分析，如果有條件，最合適的選擇可能還是LBM方法。
行業應用方案 | 飛行器外氣動
高精度求解器：業界標桿黃金求解器Fluent，包含基于密度基的超音速和高超音速飛行器外氣動求解器及高速數值收斂算法、基于壓力基的亞音速/跨音速和超音速飛行器外氣動求解器、適用于彈箭發射/投放等運動體分析的動網格技術和重疊網格技術、適用于激波捕捉的網格自適應技術、適用于氣動外形優化的Adjoint solver模塊、適用于氣動噪聲分析噪聲模塊、以及適用于全速度場氣動分析的Fluent Aero氣動分析模塊等。
高性能并行技術：支持分布式多線程共享內存并行（SMP）以及多核多CPU（DMP）并行，能夠自動依據計算機資源優化內存的使用，高性能并行計算具有線性加速能力，并且支持GPU加速功能。
Ansys高效高精度氣動解決方案在模型處理、網格劃分、計算求解、并行加速及后處理方面的創新及提升極大地加快了飛行器外氣動計算效率，通過將Ansys先進的氣動解決方案與傳統的試驗和設計經驗相結合，可以實現全面完整的虛擬原型設計，從而提升飛行器研發設計能力，有效指導新產品的研發設計，節省產品開發成本，縮短開發周期，從而大幅度提高企業的市場競爭力。
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