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基于STAR-CCM+的某车型最佳切风角仿真分析

2014/5/12    来源:cd-adapco    作者:王振  况庆  赵志明  王俊  李林      
关键字:空气动力学    CFD  STAR-CCM+  
文章应用STAR-CCM+-软件对某款车型进行了空气动力学分析优化。本文针对性的分析了多种造型特征的切风角对风阻的影响,得出最有利于空气动力学性能的切风角造型。

0 前言

    自首辆汽车诞生一个多世纪以来,随着汽车工业蓬勃发展,汽车技术日新月异,安全与节能己成为汽车发展的两大主题。汽车空气动力学的发展不仅与目前汽车的发展主题相适应,更与汽车的燃油经济性、动力性、操作稳定性、舒适性以及安全性等息息相关。经研究,在车速为60km/h时,气动阻力与滚动阻力相当,而当车速达到80km/h后,气动阻力将成为汽车行驶的主要阻力,当车速达到150km/h时,气动阻力甚至是滚动阻力的2~3倍。所以,随着高速公路的发展和汽车速度的提升,汽车空气动力学的研究将在汽车开发过程中占有越来越重的地位。车头作为影响汽车空气动力学性能的关键部分,其造型特点直接影响着汽车的流场分布和气动阻力大小。

    本文使用STAR-CCM+软件对公司某款车型进行了外流场数值仿真模拟,并对其车头切风角进行了细致的分析优化,研究其具有最佳空气动力学性能的切风角造型。

1 气动分析理论基础及几何模型

    1.1 理论基础

    计算流体力学是指在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流体流动的数值模拟。通过这种模拟可以得到复杂流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布情况,以及这些物理量随时间的变化情况,确定旋涡分布特性、空化特性、及脱流区等。目前研究湍流的控制方程主要有湍流瞬时控制方程和雷诺时均控制方程,同时,为了求解控制方程,需要将控制方程在空间上进行离散化,而常用的离散方法有有限差分法、有限元法和有限体积法。本次应用STAR-CCM+分析主要基于时均化的Navier-Stokes方程组和近壁区壁面函数法处理,并采用有限体积法离散化。

    1.2 几何模型与物理模型

    网格划分:采用Trim网格,分别设置了五个加密区,五层壁面。

    进口条件:速度进口条件。

    出口条件:压力出口条件。

    固壁条件:速度为零。

    湍流模型:Realizable k-e湍流模型。

    壁面函数:Two-Layer All y+ Wall Treatment。

    采用长方体区域模拟车体模型在风洞中的情况,计算域的大小如下图所示:

计算域

图1 计算域

模型图示

图2 模型图示

体网格加密图示

图3 体网格加密图示

责任编辑:程玥
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