汽车外流场CFD模拟
cfd方法
cfd方法CFD方法。
CFD（Computational Fluid Dynamics）方法是一种利用计算机对流体流动进行数值模拟和分析的方法。
它可以模拟和预测流体在各种复杂条件下的运动规律，广泛应用于航空航天、汽车工程、能源领域、环境工程等各个领域。
本文将介绍CFD方法的基本原理、应用领域以及发展趋势。
CFD方法的基本原理是基于流体力学和数值计算方法，通过对流体运动的基本方程进行离散化和数值求解，得到流场的数值解。
在CFD模拟中，流体被划分为无数个小单元，通过对每个单元的运动状态进行计算，最终得到整个流场的运动规律。
通过CFD方法，可以模拟出流体的速度场、压力场、温度场等重要参数，为工程设计和优化提供重要参考。
CFD方法在航空航天领域有着广泛的应用。
在飞机设计中，通过CFD方法可以模拟飞机的气动性能，优化机翼、机身等部件的设计，提高飞行效率和安全性。
在火箭发动机设计中，CFD方法可以模拟燃烧室内的流动情况，优化燃烧过程，提高发动机的推进效率。
同时，CFD方法也可以模拟飞行器在大气层内的飞行过程，为飞行器的控制和稳定提供重要参考。
汽车工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟汽车在高速行驶时的空气动力学特性，优化车身外形和气动套件设计，降低空气阻力，提高燃油经济性。
此外，CFD方法还可以模拟汽车发动机内部的燃烧过程和冷却系统的热管理，为发动机的性能和可靠性提供支持。
能源领域也是CFD方法的重要应用领域之一。
通过CFD方法，可以模拟火电厂和核电厂的燃烧过程和热力循环过程，优化锅炉和汽轮机的设计，提高能源转化效率。
同时，CFD方法还可以模拟风力发电机的叶片气动特性，优化叶片设计，提高风能利用率。
环境工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟大气和水体的流动、传热和污染扩散过程，为环境污染防治和环境风险评估提供重要支持。
此外，CFD方法还可以模拟城市建筑和交通系统的热环境和空气质量，为城市规划和设计提供科学依据。
基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述
基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述
张奇; 赵又群; 杨国权
【期刊名称】《《农业装备与车辆工程》》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】介绍了国内外在应用计算流体力学(CalculationFluidDynamics)对车身外流场数值模拟的研究发展状况。
如今,国外CFD软件正朝全自动划分网格、高速高精度的计算方面发展,而国内对CFD的研究发展还处于一个初级水平。
归纳了可用于汽车外流场数值模拟的方法及特点,最后指出了汽车外流场数值模拟目前面临的主要问题和发展趋势。
【总页数】4页(P8-11)
【作者】张奇; 赵又群; 杨国权
【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院 210016
【正文语种】中文
【中图分类】U461
【相关文献】
1.基于CFD的某汽车外流场数值模拟与分析 [J], 雷荣华
2.基于CFD的汽车外流场数值模拟及优化 [J], 钱娟;王东方;缪小东;苏国营
3.基于CFD的某跑车外流场数值模拟 [J], 张震;李旭;崔行振
4.基于CFD的汽车外流场数值模拟 [J], 孟生才;陈倩云
5.基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述 [J], 张奇;赵又群;杨国权
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汽车外流场数值模拟及优化设计
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（３）设置固壁边界条件：车身表面和运动地面都设为壁面边 界，车身表面没有速度，地面沿茗正方速度分别为Ｖ＝８０Ｋｍ／ｈ、
９０ｋｍ／ｈ、１００ｋｍ／ｈ、１ｌＯｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ。
３仿真模拟结果分析
通过有限元仿真得出轿车尾部流场分析结果，主要是对称 面上的速度矢量图和压力云图，同时可以得到汽车尾部模型的阻 力系数和升力系数。 空气阻力系数是评价汽车空气动力学性能的重要指标。主要 包括阻力系数Ｑ，升力系数ｃｆｏ气动阻力由式（６）和升力式（７）求 出，其中，Ａ为轿车在ＹＺ平面的投影面积，经计算Ａ＝０．９８７７４ｍ：。
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汽车外流场的数值模拟
汽车外流场的数值模拟宁燕，辛喆中国农业大学， 北京 （100083）E-mail ：rn063@摘 要：利用CFD 方法，运用FLUENT 软件对斜背式车型的外流场进行了数值模拟，并对结果进行了处理与分析。
研究了车身周围涡系的三维结构和车身表面分离流的情况，表明由于车身前后的压力差和主流的拖拽作用等，在汽车尾部形成了极其复杂的涡系。
关键词：汽车空气动力学；CFD ；车身外流场；FLUENT1. 引 言汽车空气动力学的研究主要有两种方法[1]：一种是进行风洞实验，另一种是利用计算流体动力学（CFD ）技术进行数值模拟。
传统的汽车空气动力学研究是在风洞中进行实验，存在着费用昂贵、开发周期长等问题。
另外，在风洞实验时，只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整车流场中任意点的详细信息。
随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿真由于其具有可再现性、周期短以及低成本等优越性而成为研究汽车空气动力学性能的另一种有效方法。
2. 控制方程和湍流模型汽车外流场一般为定常、等温和不可压缩三维流场，由于外形复杂易引起分离，所以应按湍流处理。
汽车外流场的时均控制方程式[2]如下：3,2,1,=j i ；z x y x x x ===321,,；，：u u =1w u v u ==32,平均连续方程：0=∂∂ii x u 平均动量方程：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+∂∂−=∂∂i j j i eff j j j i j x u x u x x p x u u µρ κ方程 ρεκσµµκρκ−+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂G x x x u j t jj j )( ε方程 κερκεεσµµερε221)(C G C x x x u j t j j j −+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂ -1-其中， ji i j j i t x u x u x u G ∂∂⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=µ εκρµµ2C t = µ为动力粘性系数，t µ为湍流动力粘性系数，它的提出来源于Boussinesq 提出的涡粘假定，是空间坐标函数，取决于流动状态，满足：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=−i j j i t j i x u x u u u µρ 其中，j i u u ρ−是由于对动量方程式平均化后得到的雷诺应力项。
汽车外流场fluent仿真设计与分析
汽车外流场fluent仿真设计与分析汽车外流场Fluent仿真设计与分析SC12013043 高志谦摘要：汽车车型是汽车的重要特性之一,它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性与安全性。
而汽车外流场的压强分布则是比较各车型优劣的一项重要参考依据。
本文通过Fluent软件对不同外形的车辆进行外流场仿真计算，并得出其外流场压强分布。
通过比较分析得出各种车型的优势与劣势。
关键词： Fluent，汽车外流场，压强分布，车型1、引言近几十年来，汽车工业迅速发展，除了在发动机等内部器件方面进展迅速以外，对汽车外形的设计也有了很大的突破和提高。
汽车的外形设计一方面是为了满足消费者对汽车的美观要求，另一方面也可以通过外形设计减小汽车运行时的空气阻力，从而提高速度；与此同时，汽车运行时会由于空气作用产生升力，是汽车运行时稳定性大大下降，因此也可以通过外形设计减小升力，使得汽车行驶时稳定性安全性大大提高。
而Fluent公司是目前世界上最大的计算流体力学(CFD)软件供应商。
在全球众多的CFD 软件开发、研究厂商中，Fluent独占了大约40%以上的市场份额。
而汽车领域更是Fluent 公司最为重视的行业之一。
几乎全球所有知名的汽车厂家都是Fluent的用户。
因此，本设计中，主要通过Fluent对汽车外流场的压力分布进行仿真设计与分析。
如今最常见的汽车类型有三种：四人小轿车、面包车和小货车。
因此本文主要通过对这三种类型的汽车进行gambit建模，并划分网格。
再用fluent进行迭代计算，得出相同条件下三种汽车的外流场压力分布图。
并通过分析，得出各种车型的优点与劣势。
2、四人小轿车的建模和计算1、建立汽车模型本设计中，四人小轿车长宽高依次为3.6m*2m*1.5m,（其中，车高是从地面到车顶距离）。
轮胎直径为0.7m，胎宽为0.2m。
并将汽车套在一个尺寸为10m*4m*4m的长方体中，作为待分析的汽车外流场区域。
丰田landcruiser汽车外围流场的数值模拟免费范文
丰田landcruiser汽车外围流场的数值模拟2010年，我国已经成为第一大汽车消费国和第一大汽车生产国，但仍然不是汽车强国，汽车研发能力薄弱，其中汽车高速气动性能与国外高端研发行业仍然存在一定的差距。
计算流体动力学方法（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）日益成为汽车空气动力学研究的主要工具和手段，被越来越广泛地应用到汽车的研发过程中。
基于计算流体力学中的湍流理论，汽车外部流场模拟和气动阻力问题已基本解决，但是湍流模型对汽车气动升力的数值计算等问题仍存在不足。
本文从湍流模型求解中遇到的问题出发，提出了解决方法和措施，并通过汽车风洞实验来验证其有效性，为汽车空气动力学中湍流模型的应用做了一些有益的探索。
本文对丰田陆地巡洋舰landcruiser车型的外部流场进行分析。
首先运用AutoCAD对汽车模型进行了简单建模，然后在三维CAD模型基础上建立CFD 计算网格模型，运用计算流体力学软件Fluent进行计算。
并借鉴湖南大学张海峰的论文《基于湍流模型的汽车气动特性研究》的研究结果选择标准k-ε湍流模型，并在划分网格时使用了混合网格减少了网格数、并提高了计算效果。
最后对模拟的结果进行了简单的分析。
【关键词】汽车；CAD；CFD；湍流模型1 几何建模的建立几何模型我们参照实际车型的基础上对模型的棱角、弯曲处做一简化。
汽车实际尺寸为：全长5095mm，全宽1970mm，全高1930mm，轴距2850mm，绘图尺寸与实际尺寸约为1：4的比例，我们以此建立模型如图1所示。
车轮接地处由于有非常小的夹角，空间狭小，生成的网格质量很差，会影响到整个流场计算的精度。
为了解决这个问题，将车轮与地面相接的厚度截去，代之以车轮截面向地面拉伸的小立方体垫板，如图2所示。
这样，小的立方体垫板部分模拟了汽车轮胎的承重变形，对整个流场造成的影响可以忽略不计，又改善了车轮与地面相接触的网格质量。
2 模拟计算2.1 计算条件的确定汽车在道路上行驶时，除了与地面接触以外，在空间上基本不存在限制。
轿车车身外流场的CFD仿真与实验验证
轿车车身外流场的CFD仿真与实验验证
江洪;唐鹏
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(030)003
【摘要】基于CFD数值仿真,选用Realizableκ-ε湍流模型和非对称壁面函数,建立一款轿车的外流场模型,对该款车的外部流场情况进行分析,并和风洞试验结果做了对比.结果表明:CFD仿真计算得出的风阻系数与实验测定值误差在5%左右,可满足工程需要.测试点与实验值有一定误差,但趋势基本吻合.
【总页数】6页(P470-475)
【作者】江洪;唐鹏
【作者单位】重庆工业职业技术学院,重庆401120;重庆工业职业技术学院,重庆401120
【正文语种】中文
【中图分类】U461.1
【相关文献】
1.圆锥长直管段喷嘴外流场的CFD仿真分析 [J], 张冲;焦光伟;郑和;祁志江;王庆
2.超重力旋转床气相传质CFD仿真分析及实验验证 [J], 周晓伟;张新玉;杨斌;于平安
3.CFD仿真在客车外流场分析方面的应用研究 [J], 陈峥峰;楚晓华;刘鑫明
4.双螺杆压缩机CFD仿真分析及实验验证 [J], 龙骥;何雪明;姜振钢
5.基于CFD仿真技术对某敞篷车外流场的优化 [J], 王东;杨松枝
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皮卡车外流场的数值模拟
第37卷 第6期吉林大学学报(工学版)Vol.37 No.62007年11月Journal o f Jilin U niv ersity (Engineering and T echnolo gy Edition)Nov.2007收稿日期:2006-12-06.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60222207);吉林大学/985工程0资助项目.作者简介:杨永柏(1971-),男,讲师,博士研究生.研究方向:汽车空气动力学.E -mail:yyb717717@163.co m 通讯联系人:胡兴军(1976-),男,博士研究生.研究方向:汽车空气动力学.E -mail:x jhu99@皮卡车外流场的数值模拟杨永柏1,王靖宇1,胡兴军2(1.吉林大学汽车工程学院,长春130022; 2.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,长春130022)摘 要:采用CFD 进行皮卡车的外流场模拟,得到了车身表面压力分布、尾流典型剖面流速值和尾流流场结构,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好。
模拟结果表明,皮卡车尾涡存在于货箱上方和尾挡板后方两个区域。
进行了皮卡车几种几何改型的CFD 模拟,所得阻力系数变化与实车试验结果有相同的变化趋势,证实了尾挡板的减阻作用。
由此得出CFD 用于皮卡车外流场模拟,可获得较高的模拟精度。
关键词:车辆工程;汽车空气动力学;计算流体力学;皮卡车;数值模拟中图分类号:U 461.1 文献标识码:A 文章编号:1671-5497(2007)06-1236-06Numerical simulation on flow field around pickup trucksYang Yong -bai 1,Wang Jing -yu 1,H u Xing -jun 2(1.College of A utomotiv e Engineer ing ,J ilin Univ er sity ,Changchun 130022,China;2.State K ey Labor ator y of A utomotive Dy namic Simulation ,J ilin Univers ity ,Changchun 130022,China)Abstract:CFD w as used to simulate flow field around a generic pickup truck.T he surface pressure distributions,the w ake v elo city distribution o f the special profiles and the flow structur es w ere obtained.T he result of numerical simulatio n tallies w ith the result of w ind tunnel experimental investig ation.T he simulation results indicate that the w ake of the pickup truck is for med of tw o regions,one abo ve the tr uck bed,and the other behind the tailgate.CFD sim ulations have been do ne fo r the geometry changes of the pickup tuck.T he drag co efficient v ar iations have the same tr ends with the experiment results o f the real pickup trucks.The effects of aerody namic drag reduction by tailg ate have been co nformed.It w as found that it has an accurate result w ith CFD to sim ulate the flow field ar ound pickup trucks.Key words:v ehicle eng ineering ;v ehicle aer ody namics;computational fluid dynamics;pickup truck;numerical simulatio n目前皮卡车的市场份额逐渐增加,但有关皮卡车外流场研究的文献极少,国内关于这方向的研究几乎空白。
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第30卷增刊 2007年12月
合肥工业大学学报
(自然科学版)
J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GY
Vol.30Sup
Dec.2007
收稿日期22作者简介许志宝(6),男,山西大同人,安徽江淮汽车股份有限公司工程师汽车外流场CFD 模拟
许志宝
(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230022)
摘 要:汽车的空气动力学特性很大程度影响着汽车的经济性、动力性以及稳定性。
该文利用C FD 方法对某款汽车的外流场进行模拟,模型模仿风洞实验,计算出该汽车的风阻系数和升力系数,并对尾部扰流板进行了改进,最终得到了满足设计要求的流场性能。
关键词:汽车空气动力学;CFD ;涡流;风阻系数
中图分类号:U46111 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20162203
The CFD simula tion of exter ior flow f ield ar oun d a ca r
XU Zhi 2bao
(Technological Cent er ,A nhui Ji anghuai Auto m o bil e Co.,Lt d ,Hefei 230022,China)
Abstract :The ae rodynamics infl uences great ly t he dynamics properties ,t he f uel economy and t he oper 2ati ng performance of car s.This paper di sc usses t he application of t he CFD met hod in our automobile in exterior flowfield ,si mulat es t he model of t he experi ment of wi nd t unnel ,cal culat es t he dra g coeffi 2
cient and lif t coefficie nt ,and int roduce s how we modif y t he empennage and get a good resul t.K ey w or ds :aerodyna mics ;C FD ;t urbulence ;drag coefficient
0 引 言
随着汽车行驶速度的提高,作用在汽车上的气动力也越来越大。
随着车速的进一步提高,汽车受到的气动力以及气动力矩也越来越显著,它们很大程度上影响着汽车的经济性、动力性以及稳定性。
应用CFD 数值模拟可为车身气动外形的初选提供依据,方便、直观地了解汽车周围空气的流动状况,初步计算出整车的风阻系数,为进一步细化设计提供依据[1-3]。
1 计算模型的建立及方案确立
111 几何模型建立
根据某车型的三维CAS 模型,在U G 中进行模型的前处理。
由于汽车车身表面存在大量细小特征,这是生成质量较好网格的一大障碍,也是需要很多时间和更多工作量的。
介于软硬件及成本
的限制,在处理计算模型的时候将要对几何数模进行合理的简化,如车灯、后视镜、门把手凹陷处及轮胎等部件,以平整面替换车底的真实凸凹形状。
然后将车身表面和底盘的碎面缝合起来,形成若干个大的特征表面,即将整个汽车简化为封闭的壳体;再在汽车四周形成一适当大的空气域(如40m ×10m ×8m )。
为了减少计算量,这里使用半车模型计算,模型如图1所示。
图1 几何模型
112 网格生成
网格生成采用贴体网格,由于主要关心车身
8
:20071101
:197-.
周围的流场变化,所以细化近汽车壁面处的网格
(单元大小应模拟车身附近气体小漩涡的尺寸),
随着远离车身外表面适当放宽网格的大小,以控
制网格的规模。
故将车身的外表面生成为非结构化的三角形
网格,单元大小为8～20mm;车身外的空气域生
成为非结构化的四面体网格,长度为400～
500mm。
半车单元总数约三、四百万,网格总体
连续、均匀,过渡平缓,二维模型如图2所示。
图2 外流场计算的二维模型
113 边界条件
设风洞入口边界条件为u0=30m/s,出口边
界条件为自由条件;空气的密度为11228kg/m3;
计算中不考虑温度的影响。
由于计算机硬件条件的限制,采用RN G k2ε
湍流模式和non2equili brium wall functions壁面
函数;紊动能k in和紊动能的耗散率εin由经验公
式计算确定;计算选择二阶迎风格式;收敛判断条
件的所有物理量的容差为110E-4。
114 计算过程
本次CFD分析过程主要包括建立数学物理
模型、数值算法求解及结果可视化3部分,如图3
所示。
2 计算结果分析
经过分析,可以得到车身表面压力,剪切力分
布、对称面上的压力和速度分布等,并针对此车风
阻系数较大和车身尾部扰流板向上翘曲的情况,
对车身尾翼进行了更改和分析,最后得到了比较
满意的结果。
211 原模型分析结果
图4所示为原模型的车身对称面上的速度矢
量场和压力分布图,通过观察可以发现上翘的车
尾使车后部形成较大的漩涡。
鉴于此车风阻系数相对较大,为了明确是否
是因为车上部向上曲扬的表面以及顺势而走的扰
流板造成较大的阻力,所以特将车上部曲面和扰
流板形状进行调整,将原有的扰流板去除,保持原
有车上部的曲面形状。
212 修改后分析结果
图5所示为模型修改后的分析结果,从图5
中可以看出,修改后车尾漩涡较原模型有了很大
改善,同时漩涡中心离车尾部也较远,说明修改后
的车体尾部流线型较原模型好。
计算出的风阻系数较原模型小,并满足设计
要求。
36
1
增刊许志宝:汽车外流场CFD模拟
8
:
图5 模型修改后的分析结果
3 结 论
(1)应用CFD方法对某款轿车的外流场进行了模拟,并对后扰流板的形状进行了优化设计,设计结果表明,各种速度矢量、压力分布等情况均符合正常规律,能够满足设计要求。
(2)应用C FD方法在产品开发阶段,可以大大缩短开发周期,节省开发费用,分析结果对于设计开发人员优化产品设计具有重要参考价值。
(3)分析结果还需要进行实验验证。
参 考 文 献
[1] 付立敏.汽车空气动力学[M].北京:机械工业出版社,
2005:33-47.
[2] Werner Seibert,Marco L anfrit.A Bset-Practi ce for Hi gh
Res ol uti on Aero dynam ic S i mulatio n around a Product ion
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[3] U ser Gui de of C o m p utat ional Fl ui d Dynam ics Soft ware
[EB/OL].STAR2CD vers io n,2004203226.
(责任编辑 朱华新)
(上接第161页)
(4)机体噪声控制。
实践表明,机体结构声学优化可以大幅度降低内燃机的空气噪声。
为控制机体噪声,某493柴油机采用了龙门式机体,加强了机体裙部刚性。
将各气缸筒浇铸成一体,即做成整铸缸套,使得纵向平面中的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度显著提高。
(5)活塞敲击噪声的控制。
为控制气缸压力和惯性力产生的活塞对缸套的敲击噪声,某493柴油机采用了能自动控制热膨胀的镶钢片活塞,以减小冷态时的最大间隙,并将活塞销孔偏心布置,偏向主推力面0.7mm,这样,就降低了活塞对缸套的拍击力,使噪声降低。
4 结束语
发动机的噪声问题是一个具有极强实际意义的问题,许多专家已经和正在进行这方面的工作。
而在不同的研究方法中,通过对发动机的具体结构和燃烧方面进行分析,采取对应的策略进行组合优化,可以达到降低噪声的显著效果。
发动机的噪声产生原因较为复杂,影响因素较多,牵涉到零部件加工精度、燃烧过程、结构和匹配等各个环节,因此降噪优化的工作必须系统考虑,综合整治。
参 考 文 献
[1] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,1999:
1-120.
[2] 王 勇.内燃机表面辐射噪声源识别技术初探[J].噪声与
振动控制,2007,(5):115-117,134.
[3] 袁卫平.内燃机噪声测量不确定度[J].内燃机工程,2003,
(1):75-79.
[4] 张崇波.汽车车外加速噪声的检测及不确定度分析[J].北
京汽车,2004,(5):34-39.
(责任编辑 吕 杰)
461合肥工业大学学报(自然科学版)第30卷 8。