整車外氣動CFD模擬的案例
【干貨分享】一種快速的整車外氣動CFD模擬計算方法
而這些外部的客觀現象實則是汽車空氣動力學特性以及流體氣動機理和規律的反應。研究汽車空氣動力學特性對于進行車身外觀改型設計和提高汽車性能指標來說具有重要的理論依據和現實意義。研究汽車外流場中的氣流分離以及湍流渦結構等復雜現象是揭示其內在機理和規律的重要環節。為了補充甚至是取代相關試驗，CFD在汽車研發過程中正扮演著越來越重要的角色。在汽車研發過程，需要利用嚴格的CFD氣動基準模型與試驗作驗證，方可確保預測的準確性。
2、包含汽車前端的整車外氣動分析技術難點
為了更精確的模擬發動機前艙進氣以及風阻系數，由于前艙內的零部件對前端進氣有直接的阻力影響，從而會影響最終的計算結果，因而對于前艙內大部分零部件都要保留，如水箱、冷凝器、冷卻風扇、發動機以及相關的周圍零部件等，而這些部件的保留對于整車氣動分析的難度則大大增加。
長久來看，人們更多的是采用簡單的Ahmed體作為基準模型去驗證仿真工具，而Ahmed體形狀相對簡單，基于它建立的CFD方法無法適用于實車模型。隨著開源的DrivAer汽車模型的建立，填補了車輛CFD氣動基準模型的巨大空白。目前CFD技術應用于整車外氣動及熱管理分析等已經相對純熟，所獲得的計算精度通過建立嚴格的標準流程，往往也能達到設計人員希望的標準。然而從實現過程和效率上來說，目前這部分工作仍然建立在巨大的重復性的前處理工作上，從整個CFD分析的流程來看，仍然有許多不盡如人意的地方，具體體現在：
幾何前處理，對于傳統的CFD模擬方法而言，由于整車前端零部件眾多，往往會存在許多小縫隙或重疊部分導致網格無法成功劃分，而必須事先進行幾何簡化、清理以及相應的包面處理，使原始的CAD幾何能夠順利生成符合要求的計算網格。
展開 Fluent Meshing整車外氣動網格生成流程概述
具體介紹詳見White Paper：《ANSYS Fluent Mosaic Technology Automatically Combines Disparate Meshes with Polyhedral Elements for Fast, Accurate Flow Resolution》
-Ansys獨家專利
任務面板
任務狀態
增加額外任務
流程任務重新定義
-所有的任務都可以使用“Revert and Edit”重新編輯
-輕松應對上游輸入變更
附加TUI腳本：Custom Journal Task
-密閉幾何流程支持在標準任務流程中添加自定義的腳本(Fluent Meshing TUI command)
-可以適用更加復雜的任務需求
網格模板保存
-將最優化設置保存為模板以供復用
整車外氣動分析網格生成流程詳解(FTM)-Fault-tolerant mesh workflow
背景介紹
技術需求：
-汽車整車的外氣動性能優化是設計階段必備環節
-整車零部件繁多，幾何尺度差異較大；模型缺陷較多
-實體模型與集總參數模型(HX)共存
-包含靜止與轉動區域-輪胎，風扇等
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
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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 極大規模整車氣動數值模擬——構筑數字風洞基礎框架
摘要
本應用基于神威·太湖之光超級計算機與自研自適應加密網格框架（SAMR[1]）完成了某真實汽車模型的氣動仿真數值模擬。為提高計算精度與效率，采用了8層網格加密，網格規模約10億量級、并行規模在50萬核并行規模。流場數值求解器則是采用了自主研發的非定常格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2]，Lattice Boltzmann Method）與采用簡單的Smagorinsky湍流模型。所計算的Ahmed標準車模阻力系數與實驗高度吻合，具備了工程應用能力。
一、背景
在汽車設計和改型中，數值計算和風洞試驗是評估氣動性能的兩大手段。風洞試驗模型制作和試驗實施的周期長，成本高，因此如何減少風洞實驗次數，提高汽車設計效率，一直是汽車設計及空氣動力學領域研究的重點。
數字風洞即風洞的數字化，是遵循數字孿生理念，通過高保真數值計算、機器學習等技術手段，將物理風洞試驗設施和試驗過程1:1還原到數字世界，從而具備實施高置信數字風洞試驗的能力。通過數字風洞試驗，可以取代部分早期風洞試驗車次和部分風洞試驗，從而緩解風洞試驗成本高、周期長與旺盛試驗需求之間的矛盾。
國家超級計算無錫中心神工坊團隊，依托我國最先進的國產自主超級計算機神威·太湖之光，自主研制了結構網格自適應框架（SAMR[1]）與格子玻爾茲曼流場求解器（LBM[2],Lattice Boltzmann Method)，形成了自主數值風洞軟硬件基礎框架，可以高效地為汽車氣動仿真賦能。
二、方法
下面對40m/s(或144km/h)速度下的Ahmed標準汽車模型（25°后背角）與某實車模型進行數值模擬。
（1）網格生成: 采用國家超級計算無錫中心自主開發的結構網格自適應加密框架，可對汽車中復雜幾何表面以及流場變化劇烈的地方進行自動加密。
展開 
2025大賽優秀作品 | 基于LeakShield+RapidOctree前處理的高效整車外氣動自動化仿真工作流
作品名稱：基于LeakShield+RapidOctree前處理的高效整車外氣動自動化仿真工作流
作者： 舒海波 | 泛亞汽車技術中心有限公司 研發工程師
關鍵詞：LeakShield， RapidOctree，Fluent，整車外氣動
作者說
本次課題的成功，充分體現了Fluent生態的獨特優勢。從LeakShield + RapidOctree 的高效前處理，到PyFluent的自動化集成，再到GEKO/SBES模型提供的效率與精度雙重選擇，這一完整工具鏈讓工程師能真正回歸數據分析與性能優化本身。我們建立的這套標準化流程將為實現更高比例的虛擬開發帶來巨大價值。
30分鐘完成整車縫隙封堵
本課題采用LeakShield+RapidOctree網格生成技術，通過PyFluent構建了整車外氣動仿真自動化工作流，實現前處理、求解、后處理的無縫集成。復雜整車幾何模型的前處理時間從傳統的6天壓縮到1天內，效率提升超過80%。求解過程分別采用穩態GEKO湍流模型和瞬態SBES進行對比分析。通過與全尺寸油泥模型風洞實驗驗證，穩態GEKO方法風阻系數誤差控制在3%以內，適用于快速優化仿真；SBES方法雖僅完成單工況計算，但展現出更高的絕對精度，可能具備作為關鍵工況高精度驗證的潛力，仍需進一步研究驗證。本研究為基于Fluent的汽車外氣動仿真開發提供了全新的標準化流程。結合新版HPC Ultimate License的使用，大幅降低了整車仿真成本，同時為后續GPU大規模并行計算的部署提供了關鍵的license支撐，為整車氣動開發提供了高效經濟的數字化解決方案。
挑戰/需求
隨著車型開發節奏加快及虛擬開發比重提升，傳統外氣動仿真流程長、效率低的問題日益凸顯。如何在保證精度的前提下大幅提升效率、降低成本，成為支持新車型氣動快速開發所面臨的核心挑戰。
展開 技術分享︱極大規模整車氣動數值模擬——構筑數字風洞基礎框架
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展開 基于CFD理論的戰略大飛機的氣動特性數值模擬
基于CFD理論的戰略大飛機的氣動特性數值模擬[J].兵工自動化，2021, 40(03):43-47,53.
歡迎引用，謝謝！
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引言
為對概念設計戰略大飛機且加裝預警雷達天線的氣動特性進行對比，采用CATIA軟件，設計一種戰略大飛機的3D幾何模型。基于計算流體力學(computational fluid dynamics，CFD)技術，空氣流場的湍流模型采用標準的k-ε方程，流體力學控制理論則采用3維N-S方程。經Fluent軟件數值模擬，得出戰略大飛機的壓力系數云圖、速度等值面圖和升阻特性，并計算在平飛時飛機的質量和需用推力。結果表明，該研究能對大飛機總體設計提供參考依據和技術支撐。
戰略大飛機是一種多用途飛行器的支撐平臺，有民用、軍用和航天等多種發展方向。目前主要的戰略大飛機有：俄羅斯的“伊爾-76”，烏克蘭的“安-124”和“安-225”，美國的“C-17” “C-5”“波音-747”和“波音-777”等，歐洲的“A-380”。中國對戰略大飛機的研發也非常重視。
計算流體力學是流體力學、數值分析和計算機科學結合的產物。基于CFD技術研究飛機的氣動特性，國內外學者已取得了豐富的學術成果。
展開 1小時內完成CFD設置：一種STAR-CCM+ 車輛外氣動分析模板
本文介紹由Formula SAE開發的車輛外氣動分析的預定義模板，包括了網格細化、后處理等完整過程，用戶只需要導入自己的CAD，做一些調整，就可以劃分網格、運行計算。
概述
簡介
準備工作
使用預先建立的參數化車輛CAD
使用自己的CAD
壓力中心可視化
更改設計
1.簡介
本文提供一個車輛外氣動的模板sim文件及操作視頻，從第二部分文末的鏈接中可以下載。用戶可以在模板中導入自己的幾何，并直觀地將車輛的各個部件進行標記（Tag）。之后，該模板可以處理其他所有步驟：完成的Tags用于包面，生成干凈的表面，為劃分體網格做準備。然后用基于車輛外氣動最佳實踐的設置創建網格，生成的網格直接連接到已有的模型、邊界條件、報告、繪圖和場景等，模板中的這些設置根據FSAE空氣動力學團隊的需求而定制。在模板中可以很容易地用新幾何替換舊幾何，然后自動應用到相應的仿真設置中或者直接修改設置，從而實現快速設計迭代。
結果場景示例
模板功能摘要
1）包面，自動清理CAD，為劃分體積網格做準備（無需在表面修復或糾正幾何拓撲上花費大量時間）。
2）體積網格控制，為在必要的位置細化或粗化網格添加多層局部控制。一般會生成約800-1700萬個單元，網格多少取決于幾何中小特征的數量，如小的翼型、氣動支架等。
3）散熱器Region和風扇Interface設置，已經過驗證。
4）報告和繪圖，包括所有組件的下壓力和阻力、散熱器質量流量等。
部分收斂的下壓力曲線圖，包括單個部件受力、各部件的合力
5）結果場景Results scene包含32個顯示器，可以方便地打開或關閉。
展開 整車CFD模擬利器——STAR-CCM+ VSim程序包
1 前言
隨著國內汽車廠商越來越多的從逆向設計過程轉向正向設計過程，CFD仿真在汽車的研發、設計過程中起到越來越重要的作用。一方面，整車的外氣動性能，直接影響了汽車的油耗，受到非常多的關注；另一方面隨著發動機升功率不斷提高，前段散熱器的散熱量需求大幅增加，而汽車機艙內部結構布置空間卻越來越緊湊，從而對發動機艙的散熱性能提出了更高的要求。因此，整車風阻系數的降低和發動機艙熱管理在整車項目開發中占據越來越重要的位置。
由于整車涉及到幾千甚至上萬的零部件，結構復雜[圖1]，因此，在進行整車的外氣動、發動機艙熱管理仿真分析時，通常需要花費數周、乃至數月的時間，模擬效率不高。如何提高模擬整車效率CFD分析人員一個重要的課題。
圖1 整車零部件示意圖
本文介紹一個全新的整車CFD模擬工具——STAR-CCM+ VSim程序包，使用該工具，整車CFD仿真工程師可以大大提高工作效率。本文將從STAR-CCM+ VSim功能、運行架構等方面來介紹該工具。
圖2 STAR-CCM+ VSim汽車外氣動運行結果
2 STAR-CCM+ VSim功能介紹
VSim是 Vehicle Simulation（車輛仿真）的英文縮寫，是我們對常規汽車外氣動、發動機艙熱管理模擬過程的命名。
1) VSim程序包用于自動化執行整車CFD仿真流程：從CAD文件，自動執行CFD仿真流程的每一步，直至生成PPT格式的結果報告。
2) VSim程序包是數年來我們的汽車行業模擬專家的經驗積累，以及數年來所編寫的每一步模擬流程宏命令的集成。
3) VSim程序包以STAR-CCM+嵌入式(plug-in)方式運行，具有GUI界面[圖3]，方便用戶的使用。
展開 Fluent戰機外氣動模擬流程
1 引言
Fluent Meshing中的Fault Tolerant流程為模擬復雜模型外氣動帶來了一定的便捷。本文以一架縮比模型戰機為例說明 Fluent對于一個極端復雜模型的外氣動的仿真流程，僅供示例，部分參數的取值不具有實際工程意義，在工程中需按照實際情況合理設置網格、計算域和計算參數等。
2 前處理
原模型是一個極端復雜裝配體，部件繁多，而且許多面體沒有正確地實體化，逐個清理特征必然花費大量時間。在SpaceClaim中打開CAD模型，先框選機翼上的logo，用填充功能除去logo。
接下來使用收縮幾何功能，設置包面間隙為3mm，并勾選保留特征，特征角度閾值設置為12°。合適的包面間隙尺寸可能需要反復調試，以達到能夠保留自己所需要的特征的目的為準。經過外包面操作，獲得一個刻面化的外包面幾何。在Fluent的外氣動模擬前處理中，如遇到極端復雜的幾何，最好先在SpaceClaim中做這樣的預處理，因為有時Fluent Meshing對于極端復雜的臟幾何并不一定能處理，尤其是像本文中這樣有大片沒有實體化的模型。
如果后續對于主翼、垂尾、副翼、尾噴等部位有不同的網格局部加密要求，也可以提前在SpaceClaim中包圍這些部位分別創建BOI幾何并設置Name Selection。這里不做演示。
因為后續需要為戰機設置外流場的Enclosure，保存為scdoc文件并導入Fluent Meshing的Fault-Tolerant流程中。在導入幾何時，Advanced option中可以選擇進行再次刻面，并設置刻面尺寸大小、特征角等。
在幾何描述階段，Flow Type選擇繞物體的外流場。
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。
