ansys汽車cfd仿真的案例
汽車CFD仿真分析步驟 ￥20
實驗原理
1.1何為CFD：
Computational Fluid Dynamic(CFD)是一門預測流體流動，傳質(zhì)傳熱，化學反應和其相關(guān)現(xiàn)象的一門科學，通過計算質(zhì)量守恒，能量守恒等方程，來預測這些現(xiàn)象。
1.2 CFD工作原理簡述
Ansys CFD是基于有限體積法求解基本方程：
1. 將計算域離散成一個有限的控制體
2. 求解控制體上的質(zhì)量、動量和能量等廣義方程（如下面（1）式子）
3. 偏微分方程組離散化為代數(shù)方程組
4. 用數(shù)值求解法求解所有的代數(shù)方程以獲得流場域的解
1.3 汽車空氣動力學原理簡述：
汽車空氣動力特性直接影響汽車的動力性能、操 作穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟性和氣動噪聲性能，甚至影響汽車的行駛安全。空氣動力學在科學的范疇里是一門艱深的度量科學，一輛汽車在行使時，會對相對靜止的空氣造成不可避免的沖擊，空氣會因此向四周流動，而躥入車底的氣流便會被暫時困于車底的各個機械部件之中，空氣會被行使中的汽車拉動，所以當一輛汽車飛馳而過之后，地上的紙張和樹葉會被卷起。此外，車底的氣流會對車頭和引擎艙內(nèi)產(chǎn)生一股浮升力，削弱車輪對地面的下壓力，影響汽車的操控表現(xiàn)。另外，汽車的燃料在燃燒推動機械運轉(zhuǎn)時已經(jīng)消耗了一大部分動力，而當汽車高速行使時，一部分動力也會被用做克服空氣的阻力。所以，空氣動力學對于汽車設計的意義不僅僅在于改善汽車的操控性，同時也是降低油耗的一個竅門。
2.實驗目的
1.了解空氣動力學基本理論，將流體力學所學的相關(guān)知識運用到實際中。
展開 設計仿真 | Cradle CFD助力新能源汽車電驅(qū)動設備噴油冷卻散熱仿真
海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術(shù)和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發(fā)等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協(xié)同仿真和單向聯(lián)合仿真功能，以實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)、聲學、電磁、機械、一維、優(yōu)化、熱環(huán)境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，為用戶實現(xiàn)高級仿真處理并提供更好的設計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模擬
新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)是指利用電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動車輛運行的系統(tǒng)，是新能源汽車的核心部件。該系統(tǒng)的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。
展開 ANSYS SpaceClaim 仿真建模和CAE仿真、CFD仿真模型處理知識總結(jié)
SpaceClaim、Mindmaster相關(guān)課程如下：
ANSYS SpaceClaim 202【視頻】 - 技術(shù)鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15841
用思維導圖mindmaster去學習課程【視頻】 - 技術(shù)鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15809
stl、obj快速轉(zhuǎn)STP研習課程【視頻】 - 技術(shù)鄰 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c14526
展開 基于STAR-CCM+汽車除霜系統(tǒng)CFD仿真分析與優(yōu)化
最終選擇同步優(yōu)化風管布置、出風口位置、風管管道及儀表板出風口格柵的設計與朝向，滿足在一定時間段的除霜流量，以達到理論的除霜仿真設計效果，且中央出風口的速度分布均勻性較好，視野區(qū)A區(qū)和B區(qū)的均勻性也有所提升。在除霜模式下，除霜流量分別是168 CMH和167 CMH，除霜流量也得以提高。
4 優(yōu)化后結(jié)果及試驗驗證
除霜模式下各風管流量分配及仿真結(jié)果如表3和圖5所示。
圖5 優(yōu)化后玻璃表面溫度云圖
優(yōu)化方案經(jīng)過仿真分析，結(jié)果如圖所示。35 min后，A區(qū)完成100%除霜，B區(qū)達到了95%。經(jīng)樣車試驗，實際狀態(tài)與仿真結(jié)果相吻合。STAR-CCM+軟件CFD理論結(jié)構(gòu)設計仿真分析的合理性得到進一步驗證。
5 結(jié)論
本文采用CFD方法，結(jié)合STAR-CCM+軟件中多項流Fluid Film除霜模塊，對某重型卡車的除霜性能進行分析。初始方案由于風道及格柵角度設計不合理，使得各出風口分風不均勻，吹風位置不理想，流動損失較大，達不到目標除霜要求。針對設計缺陷對除霜模型進行優(yōu)化，最終優(yōu)化效果顯著，滿足整車除霜性能要求。經(jīng)過對樣車的實際試驗結(jié)果對比論證，優(yōu)化方案后的除霜效果能達到目標設定要求。
表3 除霜模式各風管流量分配
參考文獻
[1] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.GB11555—2009《汽車風窗玻璃除霜系統(tǒng)的性能要求及試驗方法》.北京：中國標準出版社，2009.
[2] 全國汽車標準化技術(shù)委員會.GB11562-1994《汽車駕駛員前方視野要求及測量方法》.北京：中國標準出版社，2004.
[3] 周安勇，王樹桂.汽車除霜的計算流體力學仿真[J]，汽車技術(shù).
文章來源：重型汽車
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更深入更快速的汽車CFD仿真流程
—TeamCenter & Simcenter STAR-CCM+的完美結(jié)合
全球汽車行業(yè)正面臨著變革，電氣化，自動化，移動共享和數(shù)據(jù)連通正在發(fā)生。大眾率先進行戰(zhàn)略部署，制定了清晰的電動化戰(zhàn)略。并正在一步步向稱霸全球電動車市場進軍。歐洲其他車企也紛紛宣布電動化計劃。傳統(tǒng)車面臨著能源轉(zhuǎn)變的威脅，新能源車面臨著新技術(shù)的挑戰(zhàn)和沉淀。汽車行業(yè)正經(jīng)歷著蛻變。
11月18日至22日在美國內(nèi)華達州拉斯維加斯舉行的西門子工業(yè)軟件FY20 Converge大會上同樣關(guān)注汽車行業(yè)的發(fā)展。軟件對汽車行業(yè)的發(fā)展越發(fā)重要。如何利用軟件推進汽車的研發(fā)。西門子工業(yè)軟件Converge期間的展覽會上展示了不同仿真平臺擁有的先進技術(shù)及不同平臺工具間的集成，結(jié)合其柔性的NX建模技術(shù)和測試設備，用端到端的數(shù)字線程連接各屬性模塊的性能仿真，實現(xiàn)汽車不同系統(tǒng)之間的相互通信，進而提高研發(fā)質(zhì)量和效率，幫助汽車行業(yè)進行更深入，更快速的研發(fā)。這恰是本次會議的主題。
一個汽車CFD仿真案例分享
下面就FY20 Converge期間學到的一個汽車CFD仿真的成功應用案例進行分享。
北美汽車巨頭GM早在兩年多前就開始尋求更快速更經(jīng)濟的汽車CFD仿真流程。試圖在CFD分析上運用單一工具平臺實現(xiàn)從CAD模型導入到結(jié)果輸出的快速流程，同時又能滿足設計變更后，CFD結(jié)果的快速響應。以此來節(jié)約數(shù)模的前處理，求解，后處理分別在不同工具間進行傳輸交換的時間以及設計變更帶來的重復工作。
西門子工業(yè)軟件Simcenter STAR-CCM+ 是完全集成化的單一CFD仿真工具平臺。可以快速建立標準自動化的仿真工作流程。這套流程將設計的變更提到網(wǎng)格生成之前，只需將改變后的數(shù)模在Parts導入時進行替代即可，后續(xù)的網(wǎng)格生成，求解計算和后處理在原有模板的基礎上進行一鍵更新。
展開 汽車壓縮機熱害問題的CFD仿真優(yōu)化及試驗驗證
摘要：汽車排氣管是發(fā)動機艙內(nèi)溫度最高的部件，它周圍零部件的熱保護如果欠缺特別容易引起相關(guān)部件的損壞。某車型進行樣車熱害試驗時發(fā)現(xiàn)排氣管周圍的壓縮機局部溫度顯著超出其最高耐溫，存在嚴重的熱害風險。為了排除壓縮機熱害風險，本文采用CFD方法,從熱輻射和空氣對流兩個角度，分析壓縮機熱害產(chǎn)生的原因，通過從改變前格柵開口、改變冷卻風扇，移動壓縮機改變間距，增加并優(yōu)化排氣管隔熱罩形狀，改變排氣管隔熱罩材料這幾個措施，降低預催對壓縮機的熱輻射，改善壓縮機附近的空氣對流換熱情況。仿真結(jié)果顯示最終方案能夠使得壓縮機表面最高溫度降低約70℃，并且在最終的試驗中，壓縮機表面溫度低于耐溫限值，成功解決了該車型的壓縮機熱害問題。這種通過全面改善壓縮機周邊對流及輻射環(huán)境來解決熱害問題的方法，對解決發(fā)動機艙內(nèi)部件的熱保護問題具有重要的借鑒意義。
汽車的壓縮機對汽車空調(diào)的制冷劑有壓縮和輸送的作用[1]，被譽為汽車空調(diào)的心臟。壓縮機內(nèi)部的密封橡膠圈和潤滑油，在高溫環(huán)境下工作容易破壞，破壞后容易引起壓縮機的異響或拉缸，甚至造成壓縮機的磨損報廢，所以汽車壓縮機要避免出現(xiàn)熱害風險。汽車排氣管系統(tǒng)是發(fā)動機艙內(nèi)溫度最高的部件，某些工況下能夠達到 600～800℃，這個高溫的表面會對周邊零部件產(chǎn)生強烈的輻射，同時會顯著加熱流經(jīng)周圍的空氣，進而高溫的空氣會對下游產(chǎn)生明顯影響。
由于試驗費用和仿真精度等問題國內(nèi)一般車企都采用仿真和試驗相結(jié)合來解決和規(guī)避汽車零部件的熱害問題。某車型進行熱害試驗時發(fā)現(xiàn)壓縮機局部溫度超出其最高耐溫，存在嚴重的熱害風險。
展開 Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
為了找到最佳電機冷卻方式，需要對電機在工作過程中的核心流動問題進行CFD仿真分析。通常電機CFD仿真分析的核心即是電機散熱系統(tǒng)分析，涉及通風系統(tǒng)、通風部件、換熱部件的設計優(yōu)化以及電機核心部件溫升（起動時及額定工況）等問題。
來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
關(guān)于Ansys CFD
計算流體動力學 (CFD) 是一款操作靈活、結(jié)果精確、應用廣泛的仿真工具。Ansys CFD 不僅能提供定性結(jié)果，還可就流體的相互作用和平衡做出準確的定量預測，讓新手和專家用戶都能運行出色的 CFD 仿真。全新基于任務的工作流程有助于用戶開展更多的工作：只需進行簡單的學習便可在較短時間內(nèi)準確地解決復雜問題。
Cadence CFD 研討會點播 – 汽車空氣動力學仿真預報
在本次網(wǎng)絡研討會中，我們通過幾個代表性案例（包括 Windsor 和 DrivAer 模型）在 Fidelity 平臺上對比分析了標準 RANS 模型、Stress-Omega RSM 模型和非穩(wěn)態(tài)解析模型的仿真特點。
研討會內(nèi)容要點
?展示汽車空氣動力學的完整 CFD 仿真工作流程
?比較了不同湍流模型的計算速度和精度
?應用了多個汽車標準模型
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展開 Cradle CFD助力新能源汽車電驅(qū)動設備噴油冷卻散熱仿真
海克斯康工業(yè)軟件旗下的Cradle CFD軟件能提供實用的、先進的計算流體動力學仿真和可視化解決方案。它具有卓越的處理速度、精細的技術(shù)和高用戶滿意度，已被用于汽車、航空航天、電子、建筑、風扇、機械和海洋開發(fā)等領域，以解決熱和流體問題。除此之外，Cradle CFD整合了多物理場協(xié)同仿真和單向聯(lián)合仿真功能，以實現(xiàn)與結(jié)構(gòu)、聲學、電磁、機械、一維、優(yōu)化、熱環(huán)境、3D CAD和其他分析工具的耦合，從而使用戶能夠有效地解決跨多個學科的工程問題。Cradle CFD強大的后處理功能，可以生成視覺上逼真的仿真圖形，輕松表達仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，為用戶實現(xiàn)高級仿真處理并提供更好的設計建議。
圖1 Cradle CFD 進行汽車及飛行器外氣動模
擬
新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)是指利用電動機將電能轉(zhuǎn)化為機械能來驅(qū)動車輛運行的系統(tǒng)，是新能源汽車的核心部件。該系統(tǒng)的散熱對整車安全和高效運行有重要影響。數(shù)值模擬仿真技術(shù)將計算機虛擬計算代替實物實驗，不僅節(jié)約了實驗室占用，加工物料等成本，還能大大減少參數(shù)采集周期，具有成本低、周期快的特點。
圖2 電驅(qū)動系統(tǒng)
在對電驅(qū)動設備的噴油冷卻進行模擬仿真的過程中，數(shù)值模擬技術(shù)對計算機的“算力”有較高要求，數(shù)值計算要求CPU并行線程多，內(nèi)存存儲大。惠普Z8 G4 臺式工作站完全符合使用需求，其搭載了2顆10核心20線程高并行CPU，共計20核心，40線程，CPU浮點計算速度為2.4GHz，同時擁有4塊32GB，共計128GB的高速存儲內(nèi)存，高配置專為企業(yè)級數(shù)值計算而生。
展開 電動汽車機艙散熱問題CFD仿真分析優(yōu)化及試驗驗證
摘 要：某電動汽車樣車在空調(diào)降溫試驗中，駕駛員和副駕駛的頭部平均溫度沒有達到降溫預定值，制冷能力不足。為提高空調(diào)制冷能力，本文采用CFD仿真分析的方法，研究了前機艙的流場，分析了格柵和空調(diào)冷凝器的通風量。通過配置冷凝器導流罩和調(diào)整格柵開口，增加了格柵新風的進氣量，減少了高溫氣體的回流冷凝器，從而增加了冷凝器的散熱能力。在最終的試驗中，頭部平均溫度整改后比整改前降低了5℃，降溫效果明顯改善，達到并超過了預定值。這種通過機艙流場優(yōu)化提高散熱能力的方法和工程經(jīng)驗，對其它電動汽車機艙散熱能力的開發(fā)具有借鑒意義。
電動汽車近年來快速興起，并且有逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油車的趨勢。研究電動汽車機艙的散熱特點具有重要意義。由于電動汽車沒有內(nèi)燃機，它的機艙內(nèi)就沒有了溫度達到600℃而帶來強輻射的排氣管路，也沒有需要大量散熱的內(nèi)燃機水套。電動汽車前機艙相對于燃油車僅需較小的前格柵開口來引進新風進行散熱。現(xiàn)階段電動汽車用來冷卻電機水套與電池的散熱器和風扇大多是沿用燃油車的，往往散熱能力有相當盈余。電動汽車機艙內(nèi)的空調(diào)冷凝器的散熱問題變得凸顯出來。
目前分析電動汽車機艙散熱問題有兩種方式：環(huán)境艙試驗和CFD仿真。環(huán)境艙試驗包括整車熱平衡試驗和整車降溫試驗。由于現(xiàn)階段機艙內(nèi)散熱器能力的盈余，電動汽車熱平衡試驗發(fā)現(xiàn)的問題往往是電機、IGBT和電池的零部件內(nèi)局部過熱。機艙內(nèi)冷凝器是否有足夠的散熱能力就會在電動汽車降溫試驗中體現(xiàn)出來。試驗方法的優(yōu)點是可信度高，能夠為研發(fā)提供直接的整改依據(jù)；缺點是成本高、周期長，不能夠在設計初期及時發(fā)現(xiàn)問題。CFD仿真的優(yōu)點是成本低、周期短，能夠在研發(fā)早期發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵問題，縮短整車開發(fā)周期。然而要想完全模擬電動汽車降溫試驗，需要三維機艙熱流場、整車一維能量流、空調(diào)箱和乘客艙的三維熱流場共同的瞬態(tài)耦合計算，目前國內(nèi)幾乎難以完整開展。
展開 
ANSYS CFX-壓縮機CFD仿真流程
文章來源：流體機械CFD
積鼎CFD VirtualFlow：航空及汽車燃油晃動流體仿真計算及試驗對比
燃油晃動，作為航空、航海及汽車工業(yè)中一個重要的物理現(xiàn)象，一直以來都受到廣泛關(guān)注。在飛行器、船舶或汽車的運行過程中，由于外部擾動或內(nèi)部燃料的消耗，油箱內(nèi)的燃油會產(chǎn)生晃動。這種晃動不僅會影響燃油的供應穩(wěn)定性，還可能對整體結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅。積鼎科技致力于在多相流，流體仿真（cfd），流體力學等研究中起到一定實用作用，VirtualFlow作為主要產(chǎn)品，具有極高的實用性，接下來我們將運用VirtualFlow來對具體問題進行分析。
圖1 汽車儲液罐內(nèi)的液體晃動
為了更加準確地預測和控制燃油晃動現(xiàn)象，工程師們一直在尋求高效的數(shù)值模擬方法。而VirtualFlow，作為一款流體仿真軟件，在該鄰域擁有強大的潛力。
界面追蹤模型
VirtualFlow擁有的Level Set模型可以很好地應用于燃油晃動領域。關(guān)于Level Set 方法，往期文章已做過介紹：界面追蹤：Level Set 與 VOF
Level Set 方法通過距離函數(shù)直接追蹤界面，而非VOF模型需要重構(gòu)界面。因此，其優(yōu)勢在于界面擁有明確的定義，且可以很好地處理界面出現(xiàn)劇烈拓撲變化的情況（例如液面破碎、聚并等）。對于Level Set 方法可能帶來的質(zhì)量守恒性方面，VirtualFlow針對性采用Local+Global補償修正，避免了早期LevelSet方法的質(zhì)量守恒性較差的問題，解決了相體積不守恒的數(shù)值問題。總之，VirtualFlow軟件提供的Level Set方法對于相界面的跟蹤識別的優(yōu)勢是非常明顯的，非常適用于燃油晃動這種存在大尺度界面的應用領域。
算例一：某型飛機油箱燃油晃動的分析算例
本節(jié)提供了VirtualFlow軟件通過剛體運動功能實現(xiàn)的某型飛機油箱燃油晃動的分析算例，該飛機的油箱組成如圖所示。
展開 基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數(shù)值計算.首先進行了網(wǎng)格數(shù)量的無關(guān)性驗證；然后通過試驗驗證了數(shù)值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內(nèi)部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數(shù)參數(shù)對冷卻風扇氣動性能的影響.結(jié)果表明：相同轉(zhuǎn)速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數(shù)增多，其產(chǎn)生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區(qū)間，當葉片數(shù)為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優(yōu)化提供依據(jù).
近些年新能源汽車在中國發(fā)展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅(qū)系統(tǒng)、電池系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關(guān)重要的.CFD仿真分析技術(shù)的出現(xiàn)可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時降低開發(fā)成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節(jié)，目前已經(jīng)廣泛應用到冷卻風扇的開發(fā)中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數(shù)、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 干貨 | ANSYS瞬態(tài)CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
由于CFD分析的計算量一般比較大，工程師往往都是盡可能地對研究對象進行穩(wěn)態(tài)工況分析，這樣可以在很大程度上提升研發(fā)效率。但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現(xiàn)象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態(tài)CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態(tài)CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結(jié)構(gòu)，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應的影響，入口射流會有偏向一側(cè)曲面的趨勢，而結(jié)構(gòu)又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側(cè)。當流體偏向某一側(cè)的時候，由于結(jié)構(gòu)存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產(chǎn)生干擾，使得射流偏向另一側(cè)。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉(zhuǎn)狀態(tài)之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態(tài)現(xiàn)象，需要進行瞬態(tài)分析。
圖1 流體自控振蕩器結(jié)構(gòu)圖
瞬態(tài)分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩(wěn)態(tài)分析的初始值不同，瞬態(tài)分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態(tài)現(xiàn)象在0時刻的物理狀態(tài)，對于流動內(nèi)部自發(fā)的瞬態(tài)現(xiàn)象，可以先求解一個穩(wěn)態(tài)解作為瞬態(tài)分析的初始值。
2、 合理設定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網(wǎng)格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩(wěn)態(tài)模型設置的過程求解出一個穩(wěn)態(tài)解。
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