汽車氣動性能分析的案例
基于CFD 的新能源汽車冷卻風(fēng)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(fēng)扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進(jìn)行定常三維數(shù)值計算.首先進(jìn)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(zhǔn)確性，并對冷卻風(fēng)扇內(nèi)部流場壓力與速度分布進(jìn)行了分析；最后分析了葉片個數(shù)參數(shù)對冷卻風(fēng)扇氣動性能的影響.結(jié)果表明：相同轉(zhuǎn)速的工況下，當(dāng)冷卻風(fēng)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(fēng)扇的靜壓效率方面，在風(fēng)扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風(fēng)扇靜壓效率最高.在其他靜壓區(qū)間，當(dāng)葉片數(shù)為7、8時，風(fēng)扇靜壓效率要高于9葉片風(fēng)扇.研究可以為新能源汽車冷卻風(fēng)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(fēng)扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風(fēng)扇的設(shè)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(fēng)扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設(shè)計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風(fēng)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(jī)理上研究冷卻風(fēng)扇的流動細(xì)節(jié)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到冷卻風(fēng)扇的開發(fā)中.當(dāng)前對冷卻風(fēng)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(fēng)扇性能的影響.
展開 【AICFD案例操作】汽車外氣動分析
*圖5-4 結(jié)果導(dǎo)入
4）可視化結(jié)果
① 壓力云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取域位置和變量參數(shù)壓力，設(shè)置等級參數(shù)為30，點擊應(yīng)用，讀取汽車壓力云圖。
*圖5-5 壓力云圖
單擊菜單欄 后處理> 云圖，選取位置WALL和變量參數(shù)壓力，設(shè)置等級參數(shù)30，點擊應(yīng)用，讀取汽車表面壓力云圖。
*圖5-6 表面壓力云圖
② 速度流線圖
樹節(jié)點勾選WALL顯示汽車表面，單擊菜單欄 后處理> 流線圖，設(shè)置汽車外流場速度流線圖。
圖5-7 流線圖
基于Ansys的汽車氣動噪聲數(shù)值仿真分析實例
隨著車輛性能的提高及高等級公路的建設(shè)，車輛的速度越來越快，車輛外流場的氣動噪聲以車速的6次方的數(shù)量增長。因而，當(dāng)車輛的其它噪聲得到有效的控制后，車輛的氣動噪聲就變得尤為重要了。70年代研究人員發(fā)現(xiàn)，車速為 70km/h的情況下，氣動噪聲的范圍為62~78dB；而在速度為110km/h的情況下，氣動噪聲的范圍達(dá)到80~90dB。新的研究表明，車速超過100km/h，氣動噪聲對車外噪聲的影響己超過了其它噪聲。
數(shù)值模擬方法可在新車設(shè)計初期的造型階段進(jìn)行氣動噪聲的預(yù)測，為選型及造型參數(shù)修改提供依據(jù)，從而可以較早地得到較理想的產(chǎn)品，避免產(chǎn)品缺陷。
湍流模型的選擇
氣動噪聲模擬可以選擇幾種不同的數(shù)值方法，大渦模擬可以得到精確的模擬效果，但要求生成的網(wǎng)格質(zhì)量好，計算比較耗時。在產(chǎn)品設(shè)計的初始階段，往往需要噪聲的大致分布情況，基于模型的噪聲源方法可以解決這一問題。
模型的湍流動能輸運(yùn)方程：
湍流動能耗散率輸運(yùn)方程：
式中：
Gk為平均速度梯度產(chǎn)生的湍流動能
Gb為浮力產(chǎn)生的湍流動能
β為熱膨脹系數(shù)
μt 為湍流粘度
σk，σt為k，ε的湍流普朗特常數(shù)。
根據(jù)經(jīng)驗，模擬中使用的常數(shù)分別取值為：Cμ=0.09，σk=1.0，σε=1.3，C1ε=1.44，C2ε=1.92，C3ε=1。
基于公司現(xiàn)在對氣動噪聲的要求，選擇模型是比較適宜的。
模型網(wǎng)格的劃分和計算域的建立
模型是在CATIA軟件上建立的，然后導(dǎo)入ICEMCFD軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了提高計算的效率，對模型的底部進(jìn)行了簡化處理。
根據(jù)經(jīng)驗，流場仿真計算所取的計算域到達(dá)一定的大小時，汽車的流場就不再受計算域大小的限制。
展開 汽車氣動噪聲特性的隨機(jī)聲學(xué)法分析
汽車氣動噪聲特性的隨機(jī)聲學(xué)法分析
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,汽車其它噪聲（如發(fā)動機(jī)噪聲、傳動系噪聲等）均得到了有效控制，氣動噪聲逐漸成為汽車高速行駛時的主要噪聲源。汽車外形由各種曲率的曲面以及外凸的附件（如后視鏡）組成，氣流流經(jīng)車身時，會在大曲率和拐角處發(fā)生氣流的分離與再附著，形成運(yùn)動復(fù)雜的渦流，導(dǎo)致車身表面產(chǎn)生了不斷變化的脈動壓力[1]。研究表明流場中無旋再附著區(qū)與渦核旋轉(zhuǎn)分離區(qū)的脈動壓力明顯高于其它區(qū)域[2]。而車身表面的脈動壓力正是形成氣動噪聲的主要原因。王毅剛[3]等人基于風(fēng)洞試驗，對車輛后視鏡、側(cè)窗表面及附近流場進(jìn)行了測試，并研究了車輛表面脈動壓力特性及產(chǎn)生原因。鄭拯宇[4]等人從聲擬理論出發(fā)，在某轎車邊界元模型中導(dǎo)入脈動壓力邊界條件對氣動噪聲外輻射聲場進(jìn)行了數(shù)值仿真。陳鑫[5]等人采用大渦模擬（LES）法對車外后視鏡不同邊緣結(jié)構(gòu)對車外流場及車身表面監(jiān)測點氣動噪聲的影響進(jìn)行了仿真研究。Ashish[6]等人對裝有彈性尾翼的鈍頭體模型進(jìn)行了實驗研究，重點關(guān)注彈性體流致振動引起的外部激勵對遠(yuǎn)場的影響。以上研究多關(guān)注氣動噪聲的外輻射聲場。
本文首先對某款混合動力轎車車內(nèi)氣動噪聲進(jìn)行了數(shù)值仿真。采用分離渦模擬(DES)湍流模型對流場進(jìn)行非定常計算，獲得了車身表面的脈動壓力，并將其視為隨機(jī)信號，采用隨機(jī)聲學(xué)的方法研究了脈動壓力對車內(nèi)聲場的影響，并對該車進(jìn)行了實車道路試驗，分析了車內(nèi)氣動噪聲特性，驗證了隨機(jī)聲學(xué)法的可行性。
1氣動噪聲研究理論基礎(chǔ)
1.1流體動力學(xué)（CFD）軟件與專業(yè)聲學(xué)仿真軟件聯(lián)合仿真
CFD與專業(yè)聲學(xué)軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真的方法也稱混合法，首先在CFD軟件中對流場進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計算，將穩(wěn)態(tài)結(jié)果作為初值進(jìn)行瞬態(tài)計算，將流場的瞬態(tài)計算結(jié)果輸出為壓力脈動或速度脈動的格式，在專業(yè)聲學(xué)仿真軟件中導(dǎo)入壓力或速度脈動，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的單極子聲源、偶極子聲源或四極子聲源。
展開 
STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
一
算例背景
機(jī)翼理論主要研究翼型在流體中運(yùn)動時的力學(xué)特性。在工程領(lǐng)域中，機(jī)翼以升力面、控制面、葉片或槳葉等形式出現(xiàn)。艦船上的舵、水翼、減搖鰭等都是機(jī)翼，螺旋槳、汽輪機(jī)葉片和壓縮機(jī)葉片也都是利用機(jī)翼原理工作的，而在研究船舶操縱性時，甚至還可把船體的水下部分看作一個巨大的機(jī)翼。
隨著航空科學(xué)的發(fā)展，世界各主要航空發(fā)達(dá)的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DVL系列，英國有RAF系列，蘇聯(lián)有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設(shè)計人員選取合適的翼型。
展開 【技術(shù)帖】軸流風(fēng)機(jī)的氣動性能優(yōu)化
軸流式風(fēng)機(jī)通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合，由此軸流風(fēng)機(jī)的氣動性能成為評判其性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。
本文即將展示的是某軸流風(fēng)機(jī)的氣動性能優(yōu)化的全流程介紹。通過對軸流風(fēng)機(jī)的葉片和風(fēng)道進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化以提高其流量與效率。
01
優(yōu)化前準(zhǔn)備工作：
為了方便對葉片進(jìn)行調(diào)整，建立葉輪的全參數(shù)化模型，并將葉片分為六個控制截面來調(diào)整參數(shù)變化。之后設(shè)定參數(shù)變化規(guī)律或給定算法，在優(yōu)化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進(jìn)行仿真計算。
021
優(yōu)化目標(biāo)：PQ性能與效率
模型優(yōu)化過程中，主要分為風(fēng)道及葉片的調(diào)整，調(diào)整內(nèi)容如下：
031
優(yōu)化過程：
首先我們在軟件當(dāng)中建立全參數(shù)化的模型，然后優(yōu)化軟件設(shè)置中的參數(shù)以及參數(shù)變化范圍，接下來與CFD軟件進(jìn)行耦合，最后進(jìn)行全自動的性能優(yōu)化。其中對于優(yōu)化參數(shù)部分，主要是對扇葉進(jìn)行優(yōu)化：有葉片的翼形、弦長、三個方向的角度以及葉片數(shù)量，除此之外本次對風(fēng)道也進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化。
展開 汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析
汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析
摘 要：文章基于整車 NVH性能對汽車空調(diào)壓縮機(jī)及支架開展分析測試，帶單獨壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，模態(tài)需達(dá)到設(shè)計要求。對達(dá)不到設(shè)計要求的系統(tǒng)，通過在空調(diào)管路上增加隔振，減振等措施衰減共振頻率。對于無單獨壓縮機(jī)支架在裝配精度，振動模態(tài)上有比較優(yōu)勢，具有很強(qiáng)的推廣，借鑒意義。
引言
NVH，即噪音(Noise)、振動(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)，通俗稱為乘坐的“舒適感”。汽車空調(diào)運(yùn)行就不可避免地會帶來噪聲，且在汽車噪聲產(chǎn)生的諸多部位中，汽車空調(diào)系統(tǒng)是引起重大噪聲的部件之一。在主機(jī)廠的新車質(zhì)量研究中，空調(diào)系統(tǒng)噪聲問題已引起客戶廣泛關(guān)注，居于新車質(zhì)量問題Top10內(nèi)。因此，如何使汽車空調(diào)噪聲減小以達(dá)到消費者的要求，是汽車設(shè)計者亟需解決的重要問題，也是提升現(xiàn)代汽車市場競爭的關(guān)鍵一環(huán)。
在汽車空調(diào)NVH設(shè)計中壓縮機(jī)是主要激勵源之一，如何有效解決壓縮機(jī)的NVH是其中的關(guān)鍵要點之一，其中壓縮機(jī)支架又是解決壓縮機(jī)振動傳遞的重要方面。由于壓縮機(jī)支架帶來的問題在各車型中比較常見，朱愛武針對某車型發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速4750r/min產(chǎn)生轟鳴音開展測試研究，經(jīng)測試產(chǎn)生的主要原因是由于壓縮機(jī)支架總成模態(tài)頻 率與發(fā)動機(jī)二階振動頻率共振引起的。蘇俊收針對某壓路機(jī)轉(zhuǎn)速1350r/min左右出現(xiàn)異常振動問題，應(yīng)用有限元軟件分析壓縮機(jī)支架各階固有頻率及振型，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)支架前兩階固有頻率偏低是造成故障的主要原因。劉丹針對某車輛在定置加速試驗中，座椅導(dǎo)軌處振動及駕駛員右耳噪聲都存在208Hz共振，經(jīng)測量主要是由于空壓機(jī)及支架與發(fā)電機(jī)支架共振引起的。壓縮機(jī)支架和壓縮機(jī)形成一個質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，如果外界的激勵頻率與此頻率一致時，就會產(chǎn)生共振。
展開 陳珂，等：天然氣管道摻氫輸送對離心壓縮機(jī)氣動性能的影響
Meira等[11]擴(kuò)展了美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提出的沖擊損失理論，考慮到壓縮機(jī)內(nèi)部的單向可壓縮流，結(jié)合索阿韋-雷德利希-鄺氏（Soave-Redlich-Kwong，SRK）和貝內(nèi)迪克特-韋德-魯賓（Benedict-Webb-Rubin，BWR）兩種狀態(tài)方程對壓縮機(jī)模型進(jìn)行修正，該模型對于壓縮機(jī)摻氫后的性能預(yù)測更加準(zhǔn)確。
綜上，目前采用 CFD 軟件研究摻氫比例對天然氣管網(wǎng)性能的影響已較為普遍，但天然氣管道摻氫比對壓縮機(jī)性能影響的研究主要采用相似理論，這需要壓縮機(jī)流動完全相似；而天然氣摻氫會導(dǎo)致壓縮機(jī)工質(zhì)物性的變化，降低了摻氫后壓縮機(jī)的性能預(yù)測精度。因此，為了提高天然氣管道摻氫輸送的安全性和可靠性，深入探究天然氣摻氫后對離心壓縮機(jī)氣動性能和喘振裕度的影響尤為重要。根據(jù)現(xiàn)有川氣東送管道的GE PCL503 天然氣壓縮機(jī)實測工況數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸，對其進(jìn)行三維數(shù)學(xué)建模，利用數(shù)值模擬手段分析了不同摻氫比、環(huán)境溫度下壓縮機(jī)內(nèi)部的三維流場，重點研究不同天然氣摻氫比對離心壓縮機(jī)氣動性能和喘振邊界的影響，以期為天然氣摻氫管網(wǎng)的安全運(yùn)行、管網(wǎng)壓縮機(jī)的設(shè)計及選型提供理論指導(dǎo)。
1 模型建立
1.1
幾何模型
依據(jù)目前公開發(fā)表論文中的關(guān)于 GE PCL503 壓縮機(jī)各工況點實驗數(shù)據(jù)[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸（表 1），采用 Concepts NREC 軟件對該壓縮機(jī)進(jìn)行一維氣動設(shè)計及三維幾何建模。
展開 解析 | 混合動力汽車NVH 性能分析研究
摘要：本文結(jié)合混合動力汽車的結(jié)構(gòu)形式、整車控制方法及系統(tǒng)行駛工況對NVH性能的影響，以某車型為例對汽車ＮＶＨ 性能的測試、數(shù)據(jù)分析及性能改進(jìn)進(jìn)行了研究分析。
關(guān)鍵詞：
NVH混合動力
1 混合動力汽車NVH 特性分析
混合動力汽車因其結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)車復(fù)雜，混合動力汽車具有傳統(tǒng)汽車的NVH問題，同時因為電動機(jī)及其他電器附件的加入，還產(chǎn)生與傳統(tǒng)汽車不同的NVH問題。
1.1 混合動力汽車硬件結(jié)構(gòu)及軟件控制對整車NVH性能的影響
混合動力汽車的主要硬件架構(gòu)包括發(fā)動機(jī)、電動機(jī)及動力電池。因為其有發(fā)動機(jī)，傳統(tǒng)汽車的NVH問題在混合動力汽車中同樣存在。混合動力汽車將電機(jī)引入了動力系統(tǒng)，電機(jī)本體的嘯叫及電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)帶來的齒輪嘯叫成為混合動力汽車的主要NVH問題之一；傳統(tǒng)汽車的附件在混合動力汽車中需要相應(yīng)電機(jī)驅(qū)動，例如電動空調(diào)、電動制動助力系統(tǒng)等，由電器附件產(chǎn)生的噪聲也是混合動力汽車NVH性能的主要問題之一。
混合動力車型控制程序主要分為整車控制、發(fā)動機(jī)控制、電機(jī)控制、電池管理系統(tǒng)等，整車控制標(biāo)定對NVH性能影響比傳統(tǒng)車大很多，其標(biāo)定過程應(yīng)考慮整車NVH性能。如發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制、電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩控制，動力電池冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制，在滿足動力性及熱平衡基礎(chǔ)上，同事要兼顧其帶來的NVH問題。
展開 日本豐田汽車碰撞性能分析專家系統(tǒng)
具體內(nèi)容參看
http://blog.sina.com.cn/lsdyna
汽車底盤襯套靜態(tài)性能分析步驟 ￥5
汽車底盤襯套靜態(tài)性能分析步驟1.pdf
樹優(yōu)公司-XFlow培訓(xùn)-無網(wǎng)格CFD-1-車身外流氣動性能
樹優(yōu)公司(SOYOTEC)攜手MSC為中國用戶提供新一代流體力學(xué)分析技術(shù)——XFlow,它基于無網(wǎng)格、拉格朗日粒子法和大渦模擬(LES) ,已被波音、寶馬、保時捷等作為CFD工具,節(jié)省昂貴的風(fēng)洞、散熱噪聲試驗成本：特點：1. 無需劃分網(wǎng)格,提高分析效率2. 直接導(dǎo)入CAD,真實分析復(fù)雜幾何3. 近壁面自動提高精度,動態(tài)追隨尾流和渦發(fā)展4. 復(fù)雜耦合換熱、跨/超音速、多孔介質(zhì)、非牛頓流問題分析5. 物體運(yùn)動過程和自由液面流場變化
樹優(yōu)公司-Sculptor-網(wǎng)格變形-車身外流場優(yōu)化.pdf
基于ANSYS Workbench的汽車盤式制動器性能分析 ￥15
靜力分析
第一步，摩擦接觸，設(shè)定剎車片與圓盤之間為摩擦接觸，摩擦系數(shù)0.3，behavior為Asymmetric。具體描述如下圖所示;
再插入命令流，獲取摩擦接觸的單元，生成制動盤上的目標(biāo)單元組件，命令流：esel,s,type,,tid，其中tid為目標(biāo)單元類型。
具體其中一組單元類型獲取方法：
Esel,s,type,,tid
Cm,c1_r,elem
具體命令流見圖所示;
下來靜力分析，默認(rèn)時間步為1，選擇自動時間步，最小10步，最大30步，打開幾何大變形。描述如下圖所示：
打開重啟動，選擇Manual，載荷步和子步均選擇ALL，非線性控制選擇，牛頓-辛普森算法選擇Unsymmetric算法，即非對稱算法。
施加圓盤內(nèi)部圓的固定約束，fix displacement。剎車片約束X和Y方向位移。
兩個剎車片施加Z即即面壓力，壓力載荷1Mpa。具體載荷約束情況下圖所示：
模態(tài)分析結(jié)果
將靜力分析結(jié)果輸入到模態(tài)分析系統(tǒng)，選擇靜力分析的Solution單元，右鍵選擇Transfer Data To New-Modal，模態(tài)分析設(shè)置默認(rèn)Pre-Stress，表示從靜力分析的最后載荷步和子步重啟進(jìn)行擾動分析。求解30階模態(tài)，求解方法選擇unsymmetric方法。
具體流程見附件word文檔，模型為2022R2版本，需要解壓。里面網(wǎng)格劃分，求解文件都已清空，需要重新計算。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強(qiáng)度測試誤差案例分析
4.有限元分析（CAE）。通過CAE分析軟件，分析設(shè)計密封條的結(jié)構(gòu)和受力變形行為，通過計算機(jī)模擬密封條在裝車過程中所受的應(yīng)力和應(yīng)變分析，驗證或優(yōu)化改進(jìn)密封條的結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計。
近年來CAE分析的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，利用相關(guān)軟件進(jìn)行擠出口模的流道設(shè)計和密封條的隔噪聲性能的分析工作已經(jīng)開始得到應(yīng)用。
5.原始（原型）樣件：根據(jù)設(shè)計的數(shù)模，制造手工樣件并進(jìn)行裝車測試，根據(jù)實際需要調(diào)整工裝或修改設(shè)計。
6.工裝樣件（OTS）：使用批產(chǎn)工裝制造樣件，供測試和整車廠認(rèn)可。
7.測試：除道路試驗外，各種測試必須在向整車廠遞交工裝樣件之前完成。
汽車密封條性能指標(biāo)
密封條性能主要由與壽命相關(guān)的一些材料性能和與使用相關(guān)的功能性能組成。通常材料性能用教練性能表示，使用性能用成品性能表示。
膠料性能
由于密封條使用條件較苛刻，而材料性能決定了產(chǎn)品的使用壽命。特別是對氣候的要求極為苛刻，為保證密封條在這些條件下正常工作，所以通常教練的規(guī)格性能有如下項目：
硬度，拉伸強(qiáng)度，拉斷伸長率
這些材料的基本性能要求，通常對其有供貨狀態(tài)和熱空氣二組性能要求。根據(jù)使用狀態(tài)，汽車的使用溫度范圍-40℃-70℃。熱空氣老化溫度一般選擇70℃。
壓縮永久變形
這是由于密封條是利用其材料的高彈性與以車身為主的耦合件之間產(chǎn)生接觸壓力來實現(xiàn)對介質(zhì)的密封條的。橡膠在壓縮狀態(tài)下回發(fā)生物理化學(xué)變化，當(dāng)壓縮消失后。這些變化阻止材料恢復(fù)到其原來的狀態(tài)，于是就產(chǎn)生了壓縮永久變形，因此壓縮永久變形是衡量密封條材料性能的一項重要指標(biāo)。
展開 高性能變幾何渦輪氣動設(shè)計技術(shù)研究 哈爾濱工程大學(xué)高杰
來源：熱機(jī)氣動熱力學(xué)與流體機(jī)械
