汽车车身外流场计算模型及仿真
轿车外流场及气动噪声的建模与仿真
ｃ ｕ ｄ ｂ ｐ ｌ ｄ ｔ ｈ ｕ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ｃ ｌ ｓ ｎ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｏ ｅ ｅ ｄ ｏ ｄ ｌ ｏ ｃ ｅ ｓ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｌ ｅ ａ ｐ ｉ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ｍｏ ｉ ｎ ｉ ｏ ｌ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ ｐ ｎ ｔ ｏ ｒｗｉ ｅｙ ｆｒｉ ｒ ａ ｅ ｐ ｌ ｔ ． ｅ ｖ － ｉｏ ｈ ｎ ｃ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔＡｓ ａ ｕｏ ｂ ｌ ｒ ｖ ｌ ｄ ｗ ｔｅ ｒ ａ ａｒｌｗ ｉ ｔ ｒ ｃｓ ｗ ｔ ｈ ｕ ｆｃ ｆ ｔ ｅ ｖ ｈ ｃｅ ｂ ｄ ｔ ｅ ｅ ａ ｅ ｓｒ ｃ ： ｎ ａ ｔｍｏ ｉ ｔ ｅ ｓ ｏ ｎ ｈ ｏ ｄ， ｉ ｏ ｎ ｅａ ｔ ｉ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｏ ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｙ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔ ｅ ａ ｆ ｈ ａ ａ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｉｅ Ｗ ｉ ｄ ｎ ｉｅ ｃ ｎ ｂ ｕ ｔ ｕ ｗ ｉｈ ｃ ｎ ａ ｎ ｙ ｐ ｓｅ ｇ ｒ ａ ｄ ｍａ ｅ ｉ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｏ ｖ ｒｅ ｗｉ ｔ ｅ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｏ ｓ ． ｎ ｏｓ ａ ｅ ｑ ｉ ｌ ｄ， ｈ ｃ ａ ｎ ｏ ａ ｓ ｎ ｅ ｓ ｎ ｋ ｔ ｉ ｕｔ ｏ ｃ ｎ ｅ ｓ ｔ ｏｈ ｒ ｅｏ ｉ ｈ ｐ ｓ ｅ ｇ ｒ ． ｉ Ｅ ｎ ｉｈ ｈ ｌ ｔｅ ｒ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｈ ｉ ｄ ｎ ｉｅ ｏ ｅ ｉｌ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｅ ｅ ｌｔ ａ ｈ ａ ｓ ｎ ｅ ｓ Ｗ ｔ Ｌ Ｓ ａ ｄ Ｌ ｇ ｔ ｉ ｈ ｏ ｙ， ｓ ａ ｅ ａｃ ｌ ｔｓ ｔ ｅ ｗ ｎ ｏｓ ｆａ ｖ ｈ ｃｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ａ ｈ ｔｔ ｅ ｈ ｌ ｈ ｓ
本 文 针 对一 款 自主 品 牌轿 车采 用 Ｃ Ｄ 方法 计 Ｆ
算汽 车 外流场 ， 进行声 学 分析 ， 并 找到 了导 致风 噪偏
汽车外流场的数值模拟
摘要随着汽车技术的发展以及道路交通的完善，汽车实用车速大大提高，汽车空气动力学成为汽车行业的重点研究方向之一。
本文采用CFD方法对某轿车进行三维外流场的数值建模。
本课题运用UG绘制出实车的1:1三维模型。
在建立仿真模型过程中,考虑到仿真时间与计算机硬件问题,对实车部分细节做出相应的简化。
然后利用ICEM软件建立有限元模型。
本文采用四面体+三棱柱网格混合方案划分网格,并采用密度体包围整个轿车,以对其周围计算区域进行网格加密处理,并对轿车表面面网格做局部细化。
选用Realizablek- 湍流模型,并在其近壁面采用标准壁面函数以提高车身表面流动的模拟精度。
最后利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图和速度矢量图,通过分析整车表面速度和压力特性,了解气流运动规律和情形。
并通过仿真所得结果计算出该轿车的气动阻力系数与升力系数。
根据本文仿真结果并结合轿车造型可以看出,对于轿车,由于流线型造型特点,其气阻力系数相对较小,但是气动升力系数不稳定。
而对于轿车这种高速行驶的汽车,出于安全与稳定性考虑,降低其气动升力比减小气动阻力有着更实际的意义。
关键字:计算流体力学数值模拟气动阻力气动升力AbstractAs the development of automobile technology and improved transport facilities, The vehicle`s Practical Velocity has greatly been improved, vehicle aerodynamics has already been one of the key research directions in the automotive industry. this paper builds a three-dimensional flow field numerical simulation model for a coupe with the existing method of CFD.The project builds the three-dimensional model of real car (l:l) with the use of UG. During the modeling process, there are some simplifications for some of the details of real car, thinking about the simulation time and computer hardware problems. Then this essay builds the finite element model with the ICEM software. In this paper, tetrahedral + Prism hybrid mesh program was used, and the whole couple surrounded by density Body to define the grid surface area. Realizable k- turbulence model used, and Standard wall function near the wall to enhance the body surface flow simulation accuracy. Finally, after the analysis of the model with the use of FLUENT,we obtains the body surface pressure distribution and the velocity vector. through the analysis of vehicle’s surface speed and pressure characteristics, we can understand the laws and situations for air movement. It’s shows that the simulation results obtained meets the flow field characteristics and laws. Then the coupe’s aerodynamic resistance coefficient and lift coefficient can be calculated from the result of the aerodynamic simulation.According to the simulation results and the coupe modeling we can seen that, for the coupe, due to its aerodynamic modeling features, the aerodynamic drag coefficient is relatively small, while the aerodynamic lift coefficient instable. For such a high-speed coupe car, out of considerations of security and s tability, it has more and more Practical significance to reduce the aerodynamic lift than aerodynamic drag.Key words: Computational fluid dynamics: Numerical simulation: Aerodynamic Resistance coefficient; Aerodynamic lift coefficient;目录1 绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 汽车空气动力学的研究方法 (1)1.2.1 实验研究 (2)1.2.2 理论分析 (2)1.2.3 数值计算 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 国外空气动力学发展现状 (3)1.3.2 国内空气动力学发展现状 (4)1.4 本文研究内容 (5)1.4.1 研究目标 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.4.3 技术关键和难点 (6)2 汽车空气动力学气动特性研究 (7)2.1 空气动力学基本理论 (7)2.1.1 空气的基本物理属性 (7)2.1.2 气流运动的基本方程 (9)2.1.3 粘性流基础 (10)2.2 汽车的气动力与气动力矩 (12)2.3 气动力对汽车性能的影响 (15)2.3.1 气动力对汽车动力性的影响 (15)2.3.2 气动力对燃油经济性的影响 (16)2.3.3 气动力对汽车操纵稳定性的影响 (17)2.4 汽车流场的组成 (17)3 汽车外流场数值模拟理论基础 (19)3.1 汽车外流场的基本假设 (19)3.2 基本控制方程 (19)3.2.1 质量守恒方程(连续性方程) (19)3.2.2 动量守恒方程 (20)3.2.3 能量守恒方程 (20)3.3 数值离散化方法 (21)3.3,1 常用数值离散化方法 (21)3.4 湍流模型 (25)3.4.1 湍流模型的分类 (25)3.4.2 常用湍流模型 (25)4 汽车外流场的数值模拟 (28)4.1 几何模型的建立 (28)4.2 计算区域的确定 (28)4.3 网格的划分 (29)4.4 边界条件的确定 (30)4.5 求解器的选择 (30)4.6 收敛性判断 (30)4.7 汽车数值结果模拟与分析 (31)4.7.1 车身外流场分析 (31)4.7.2气动主力计算及性能分析 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A英文原文 (43)附录 B汉语翻译 (50)1 绪论1.1 研究背景与意义汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及其与汽车相互作用的一门科学。
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。
毕业设计—汽车外流场分析【范本模板】
河北工业大学毕业设计说明书(论文)作者：田野学号：110324学院：机械工程学院系(专业)：车辆工程题目：汽车外流场分析研究指导者:武一民教授(姓名）(专业技术职务) 评阅者：(姓名) （专业技术职务）2015 年 6 月 8 日目录1 绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1。
2 国内外发展状况 (2)1.3 毕业设计的主要内容 (4)2 汽车外流场分析的理论基础 (5)2。
1 引言 (5)2。
2 气动力 (5)2。
3 负升力产生原理 (6)2.4 负升力与操纵稳定性 (7)2.5 空气动力学套件 (7)2.6 流体数值模拟的理论基础 (11)3 赛车外流场分析 (15)3.1 赛车车身模型的建立及简化 (15)3.2 划分网格 (16)3。
3 边界条件的设定 (17)3.4 FLUENT计算结果 (19)3。
5 赛车仿真结果分析 (19)4 空气动力学套件方案确定 (23)4。
1 前翼的设计 (23)4。
2 尾翼的设计 (26)5 加装动力学套件后赛车仿真结果分析 (29)5。
1赛车模型的建立 (29)5.2赛车仿真结果分析 (29)结论 (33)参考文献 (34)致谢 (35)1 绪论1.1 研究背景及意义随着汽车工业的不断发展,汽车的外部造型和气动特性受到了越来越多的关注和重视。
汽车的性能在很大程度上受汽车气动力的影响，尤其对于高速行驶的汽车,气动力对其性能的影响是非常大的,因此汽车高速、安全行驶的必要前提之一就是具有良好的空气动力性能。
因此，在汽车的开发中，对汽车空气动力性能的研究越来越得到汽车制造商的重视。
空气动力是来自于汽车外部的约束，其研究成果不仅直接影响着汽车的动力性、燃油经济性、稳定性、安全性、操纵性、舒适性等，还会间接地影响汽车的外观及审美的流行趋势[1]。
汽车行驶时所受的空气作用力可以被分解为阻力、升力、侧向力、横摆气动力矩、纵倾气动力矩、侧倾气动力矩六个分量[2].在这六个分量中，汽车空气阻力所消耗的动力和滚动摩擦所消耗的动力是大小相当的，因此气动阻力系数就成为了衡量汽车空气动力性能的最基本的一个参数，也就是说如何降低汽车的空气阻力系数成为汽车空气动力学最重要的一项研究内容。
基于CFD的三种轿车模型外流场仿真及气动性能比较
基于CFD的三种轿车模型外流场仿真及气动性能比较武浩浩【摘要】建立直背式、快背式和折背式轿车的简化模型,导入Fluent前期处理软件GAMBIT,在GAMBIT中建立汽车绕流场的三维物理模型。
用结构化网格对简化的汽车模型外流场划分网格,在计算流体力学软件FLUENT中采用N-S方程及SIMPLE算法求解阻力和力矩。
模拟出相同速度下三种轿车模型的气动压力场和速度场,计算出气动阻力系数、升力系数及阻力矩系数。
并通过车尾空气流态的模拟,对三种车身空气绕流的空气动力特性进行了研究。
通过比较,解释了这三种车身造型与气动力特性,及气动力特性与汽车性能的关系,为轿车车型产出比的决策及汽车造型优化设计提供参考。
【期刊名称】《管理工程师》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P49-51,66)【关键词】轿车模型;压差阻力;CFD【作者】武浩浩【作者单位】中国矿业大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】U469.11一、引言国际油价的不断飙升和环境对低碳的要求以及国内汽车行业竞争的日益加剧，提高燃油利用率成了汽车制造业越来越重视的问题。
而汽车在高速行驶时燃油利用率的高低，有很大一部分取决于车身造型的空气动力学特性.现代汽车按美国环保署(EPA)城市/高速公路混合循环的平均能耗分解数据显示，汽车驱动轮有效机械能约53%被用来克服风阻，47%用来克服其他阻力。
在风阻中，有85%左右为压差阻力，其余为空气与车身摩擦产生的阻力。
压差阻力中，汽车尾流占至少90%。
另外车身造型的空气动力学特性还会影响汽车的美观和清洁。
因此，通过研究汽车外流场压力分布求得阻力系数，再进行比较得出几种轿车的空气动力特性，可以使用户对轿车的选购趋于理性，也可以为制造商对不同车型的生产提供决策参考。
二、流场控制方程传统的空气动力学实验多以成本高、周期长、设备庞大的风洞实验为主，但是随着计算机技术的发展，设计人员的研究重点逐渐转向计算流体力学(CFD)及其相关应用软件的开发应用。
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。
汽车外形设计的流体力学仿真依据
大连民族学院毕业设计（论文）汽车外形设计的流体力学仿真依据学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术与科学学生姓名：王世泽学号： 2011153221指导教师：毕振华评阅教师：赫然完成日期： 2015年月日大连民族学院Hydrodynamics simulation based automotive exterior designAbstractThe purpose of domestic and foreign large collection and read about the development process of automotive design, automotive design analyze advantages and difficulties, affect vehicle design and documentation of relevant information, to understand the performance and characteristics of automotive design methods of various techniques .This paper mainly through the familiar and simulation software COMSOL to simulate a different appearance of the car model, as much relevant data obtained under different designs for the main image and data analysis. Through a variety of different graphical appearance of the car model data comparison and contrast optimum model design, and analysis to do the report.To learn and master the physical simulation design software COMSOL. And application software COMSOL collected different modes simulation modeling and optimization, the final result of the data obtained after the simulation and optimization were discussed.Keywords: COMSOL; automotive design; simulation model摘要大量收集并阅读国内外关于汽车外观设计的发展历程，分析汽车外观设计的优势以及困境，对汽车外观设计的影响相关的资料和文献，达到了解汽车设计的各种技术方法的性能和特点的目的。
汽车外流数值模拟
机械学院1206班王栋1200561汽车外流数值模拟一、学习目的：1.学会利用Gambit创建几何模型，生成合格质量的网格。
2.学会利用Fluent执行CFD程序，得到y +值的车体,以及一些基本的数值数据,如、静压区,速率区和阻力与速度的升力系数。
二、程序：打开Gambit第一步：创建几何模型a)输入在作业B中表格1提供的点坐标来建立车体的顶点。
b)使用NURBS创建车体边缘。
c)创建车体的面（定义为Face1）。
d)创建计算领域的顶点（见表格2）。
e)创建计算领域的4条边。
f)利用矩形的4条边创建计算领域的面（定义为Face2）。
g).利用Boolean运算从Face 2减去Face 1。
注意：不要保持retain Face1。
h)作为单独的几何文件保存数据：File → Save As, … 打开Save As 列:在ID窗口, 输入文件名例如1-car-geo，然后点击Accept.注意：A .dbs数据库文件，例如1-car-geo.dbs应保存在Gambit运行文件夹里，例如D:\Temp第二步：创建网格a) Edge mesh是车体的边缘。
为简单起见，我们使用统一的网格运算法则。
图1显示车体的每边网格数量,以供参考。
图1 车体每边的网格数量b)创建边界层网格Mesh → Boundary Layer,打开Create Boundary Layer l:- U选择Definition对于Algorithm, 选择Uniform 作为默认设置对于First row (a),输入: 0.0029对于Growth factor (b/a), 输入: 1.09对于Rows (层的数量),输入: 6选择Wedge corner shape.注意：边界层网格的First row (a)值的计算在实验指导第五页上。
在Attachment现在边缘用Shift_left-clicking创建车体. 点击后边界层将创建在每一个边缘上。
基于CFD的汽车外流场数值模拟及优化
分类号 密级U D C 编号硕士学位论文基于CFD 的汽车外流场数值模拟及优化二零一五年五月研究生姓名： 查朦导师姓名： 苏小平申请学位级别： 硕士一级学科名称： 机械工程二级学科名称： 机械制造及其自动化Numerical Simulation and Model Optimization For Carbody Base on CFDA Thesis Submitted toNanjing Tech UniversityFor the Academic Degree of Master ofEngineeringBYMeng ZhaSupervisor: Prof. Xiaoping SuMay. 2015学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：日期：学位论文的使用声明□1、南京工业大学、国家图书馆、中国科学技术信息研究所、万方数据电子出版社、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文并通过网络向社会提供信息服务。
论文的公布（包括刊登）授权南京工业大学研究生部办理。
（打钩生效）□2、本论文已经通过保密申请，请保留三年后按照第一项公开（打钩生效）□3、本论文已经通过校军工保密申请，不予公开（打钩生效）研究生签名：导师签名：日期：日期：硕士学位论文摘 要随着汽车工业技术及经济的发展，人们对汽车安全性、舒适性要求越来越高，而这很大程度上取决于汽车空气动力特性。
由于近年来数值计算理论及计算技术的发展进步，在新车开发初期越来越趋向于采用计算流体力学对汽车空气动力性能进行测试计算，该方法试验周期短、耗资少。
轿车外流场网格生成策略及数值模拟
2007年4月农业机械学报第38卷第4期轿车外流场网格生成策略及数值模拟*杨 博 傅立敏 【摘要】 采用3种网格策略对某轿车外流场进行数值模拟研究,并应用商业CFD 软件ST A R -CD 进行求解。
根据计算过程和结果,分析不同网格策略的效果,论述3种网格策略的特点。
数值模拟中考虑了车轮旋转和车轮固定两种边界条件,并将数值计算结果与试验数据进行了对比分析,探讨了高雷诺数k -E 湍流模型的计算精度。
关键词:汽车 外流场 网格策略 数值模拟中图分类号:U 461.1文献标识码:AMesh Generation Strategies of the External Flow Field arounda Sedan and the Numerical Simulation ResearchYang Bo Fu Limin (J ilin University )AbstractThree mesh strateg ies w ere applied in the numerical simulation r esearch of the ex ternal flow field around a sedan .Co mputatio nal meshes w ere solved by comm er cial CFD software ,STAR -CD.M esh strategies effects w ere compared and their featur es w ere sum marized according to the different co mputatio nal pr ocesses and results.Both the ro tating and stationary w heels boundary co nditions w er e consider ed and com putational results w ere compared w ith av ailable experimental data.The accur acy of the hig h Reynolds k -E turbulence model w as discussed.Key words Vehicle,External flow field,M esh strategies,Num er ical simulation收稿日期:2005-10-28*国家自然科学基金资助项目(项目编号:60222207)杨 博 吉林大学汽车工程学院 博士生,130025 长春市傅立敏 吉林大学汽车工程学院 教授 博士生导师 引言在实车的CFD 研究中,如何获得高质量的网格一直是研究重点,网格质量是决定整个研究过程进展的关键因素之一。
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。
《车身相贯面喷涂成膜流场仿真分析及其试验研究》
《车身相贯面喷涂成膜流场仿真分析及其试验研究》一、引言随着汽车工业的快速发展，车身涂装工艺的优化与改进成为了提升汽车外观质量的关键环节。
其中，相贯面喷涂技术因其能实现高精度、高效率的涂装效果而备受关注。
然而，相贯面喷涂过程中，成膜流场的形成与分布对涂装质量具有重要影响。
本文通过对车身相贯面喷涂成膜流场进行仿真分析，以及相关的试验研究，以期为提升涂装质量和效率提供理论依据。
二、成膜流场仿真分析1. 模型建立首先，根据实际车身相贯面喷涂的工艺条件和参数，建立相应的仿真模型。
模型中应包括喷枪的喷涂参数、涂料性质、环境条件等影响因素。
2. 仿真过程利用计算流体动力学（CFD）软件，对喷涂过程中的成膜流场进行仿真分析。
通过设置合理的边界条件和初始条件，模拟涂料在喷涂过程中的流动、分布和成膜过程。
3. 结果分析通过仿真分析，可以得到成膜流场的分布情况，包括流速、流量、涂层厚度等参数。
通过对这些参数的分析，可以了解喷涂过程中涂料在相贯面上的分布情况，以及可能存在的涂装缺陷。
三、试验研究1. 试验准备根据仿真分析的结果，设计相应的试验方案。
包括选择合适的涂料、喷枪和工艺参数等。
同时，准备相应的试验设备和工具，如喷枪、试验件、测量仪器等。
2. 试验过程按照试验方案进行喷涂试验，记录喷涂过程中的参数变化和涂装效果。
同时，利用测量仪器对涂层厚度、均匀性等指标进行测量和记录。
3. 结果分析将试验结果与仿真分析结果进行对比，验证仿真分析的准确性。
同时，对试验过程中出现的涂装缺陷进行分析，找出原因并提出改进措施。
四、结果与讨论1. 仿真与试验结果通过仿真分析和试验研究，得到了车身相贯面喷涂成膜流场的分布情况和涂装效果。
仿真分析结果表明，成膜流场的分布受到喷枪参数、涂料性质和环境条件等因素的影响。
试验研究则验证了仿真分析的准确性，并得出了具体的涂装效果和参数变化情况。
2. 讨论与改进措施根据仿真分析和试验研究的结果，可以得出以下结论：首先，喷枪参数的优化可以改善成膜流场的分布情况，提高涂装质量和效率；其次，涂料性质的选择对涂装效果具有重要影响，应选择适合的涂料类型和品质；最后，环境条件的变化也会影响成膜流场的形成和分布，应保持稳定的喷涂环境。
某车型车身外流场的数值仿真研究
10.16638/ki.1671-7988.2017.13.050某车型车身外流场的数值仿真研究杨松，李亚敏（新乡学院机电工程学院，河北新乡453003）摘要：建立某车型车身外流场仿真三维几何模型，将SIMPLE算法与Realizable k-ε湍流模型相结合，完成了车身外流场数值计算，并对车身及典型截面的速度场、压力场及气动噪声升功率场分布进行了详细分析。
数值仿真结果对汽车外形的优化设计具有重要工程指导意义。
关键词：汽车空气动力学；车身外流场；数值模拟中图分类号：TH432.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-144-03Numerical Simulation of Outer Flow Field for Car BodyYang Song, Li Yamin( Mechanical and Engineering College, Xinxiang University, Hebei Xinxiang 453003 )Abstract:The full flow field model of the car body has been built, and the SIMPLE algorithm, in conjunction with the Realizable k-ε turbulent model, has been used to solve the three-dimensional equations. Based on the calculation of the outer flow for the car body, the velocity field, pressure field and the acoustic power field have been farther analyzed. The numerical simulation results can provide basis for optimizing the car body design, and have important value of engineering applications in the increase of the overall performance in operation.Keywords: Vehicle aerodynamics; outer flow of car body; numerical simulationCLC NO.: TH432.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-144-03引言汽车车身外形的空气动力学特性一直是汽车的重要性能指标之一，在车型开发初期备受关注，对汽车整体的运行稳定性、经济性等产生重大影响。
基于FLUENT的某微型面包车外流场数值仿真分析
基于FLUENT的某微型面包车外流场数值仿真分析摘要：利用UG对某微型轿车进行三维实体建模，将其导入前处理软件ANSYS ICEM中，建立计算域后网格化。
用CFD 软件FLUENT对汽车模型的外流场进行三维稳态流动数值模拟，得出汽车周围流场的气流速度和压力分布，并通过计算得到了该车的阻力系数，该仿真分析的数据为进行汽车气动特性分析提供基础，可进一步指导汽车的设计开发。
关键字：汽车空气动力学；计算流体动力学；FLUENT；外流场ABSTRACT：The 3D model of a mini car is carried out by UG, and then it is introduced into thepre-processing software ANSYS ICEM to establish the computational domain grid. By using the software of CFD FLUENT is to the automobile model flow field numerical simulation of three-dimensional steady flow, flow velocity and pressure distribution of the flow field around the car, the car and the drag coefficient is obtained by calculating, the simulation data for automobile gas analysis provide the basic dynamic characteristics, design and development can further guide the car.Keywords: Automobile aerodynamics；CFD；FLUENT；Outflow field引言空气动力学特性是汽车的重要特性之一。
汽车车身外流场计算模型及仿真
汽车车身外流场计算模型及仿真引言汽车在行驶的过程中不可避免的要与周边空气发生相互作用，随着车速的增加，这种相互作用会愈加的剧烈。
空气对在行驶中的汽车施加力和力矩，从而影响汽车的行驶。
所以，在汽车开发过程中，研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。
另外，汽车的空气动力学性能不仅影响着汽车的燃油经济性，同时也对汽车的动力性、稳定性和操作性等方面有着巨大的影响，所以现代汽车设计越来越关注汽车的空气动力性能研究。
随着计算机技术的迅猛发展，对汽车结构分析的技术已基本成熟，且对更为复杂的流动问题的模拟计算也在不断的发展，其中计算流体力学( Computational Fluid Dynamics 简称CFD) 受到了越来越多的关注。
计算流体力学已从定性的分析发展到定量的计算，其应用也从最初的航空领域不断的扩展到包括汽车在内的多个领域[1-3] 。
新车型的开发过程中，空气动力性能分析是必不可少的。
利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析能够用来预测或解决一些理论及实验都无法处理的复杂流动问题，并能取代部分实验环节。
但要求对问题的物理特性有足够的了解，才能建立合适的数学方程及相应的初始、边界条件等，这些都离不开实验和理论方法的支持。
目前，数值方法主要是应用欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。
在汽车设计的研究分析领域，数值方法与传统的研究方法相结合，能够有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。
汽车车身外流场计算模型及仿真是计算流体力学在汽车外流场分析方面的应用研究之一[4-8] 。
本文通过建立汽车车身外流场的计算模型，利用计算流体力学方法和适当的矩阵代数算法，基于Fluent 仿真平台，分析研究汽车车身的空气动力性能。
1 汽车车身绕流的数学模型流场运动中，流场运动基本方程是根据基本物理定律质量守恒、动量守恒、能量守恒定律按一定的流体流动模型推导的。
对于空气来说，当风速小于三分之一声速时，也就是风速小于408km/h，可以认为是不可压缩气体。
基于不同外形参数模型的汽车外流场仿真
基于不同外形参数模型的汽车外流场仿真杜子学;张杰【摘要】运用三维建模软件建立某型汽车的CAD模型,并基于知识工程模块设置一组影响汽车空气动力学的参数:前风窗角(FWW)、后风窗角(BWW)、接近角(AFA)、离去角(DRA),通过改变这些参数得到8种不同的汽车模型；将得到的参数化模型运用计算流体力学(CFD)软件Star - ccm+对其进行空气动力学模拟分析,模拟出不同参数模型下的阻力系数和升力系数,并分析不同参数模型下对汽车气动性能影响.%The CAD model of a certain type automobile was created with three - dimensional modeling software. Based on knowledge engineering module, a set of aerodynamic parameters of vehicles was set up . These parameters were angle of front windscreens ( FWW) , angle of rear windscreens (BWW) ,approach angle(AFA) , departure angle( DRA). Eight different car models were obtained by changing these parameters. Then parametric model will be analyzed for aerodynamic by using of computational fluid dynamics ( CFD) software. Star - ccm +. Under different parametric models, the drag coefficient and lift coefficient could be simulated. Moreover, analysis of affection for aerodynamic performance could also be carried on.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(030)004【总页数】4页(P848-851)【关键词】汽车空气动力学;外流场;参数化模型;数值模拟【作者】杜子学;张杰【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】U462.3近代汽车设计分析的建模过程通常是CAD和CAE相互独立起来的，首先运用CAD技术建立几何模型，然后将所建的模型导入有限元分析软件中进行网格划分、材料属性定义、边界定义与加载，最后求解和后处理分析。
STAR-CCM用于汽车外流场的计算PPT课件
state
density
Time
Steady
Viscous regime
Turbulent
turbulence K-E turbulence
19
10.设定边界条件
Bounda 类型 ries
物理条件
car_mirr Wall or
Wall (default)
car_whe Wall els
Wall (default)
STAR-CCM+ 用于汽车外流场的计算
1
步骤总结
1. 导入面网格.
2. 检查，修补面网格
3. 设定边界名称及类型
4. 抽取特征线
5. 选择网格模型
6. 设定网格尺度
7. 生成新的面网格（可选）
8. 生成体网格
9. 选择物理模型
10. 设定边界条件
11. 设定初始条件.
2
1.导入面网格
➢创建一个新 simulation ➢导入网格 ➢显示网格
3
6
4.抽取特征线
• 以Sharp edge angle (31)来抽取特
征线.
7
4.抽取特征线（续）
删除不需要的特征 线
8
4.抽取特征线（续）
增加想要的特征 线
9
5.选择网格模型(meshing model)
• Continua > new > mesh continuum, 选择
Surface Remesher 和Polyhedral mesher, Prism layer mesher.
car_bott Wall om
Wall (default)
car_cov Wall er
汽车车身外流场计算模型及仿真
(2)
脉动运动方程： __ U U U
i i i
（k 方程） ： 湍流运动方程
r
__ k k rU j t X j X j
(3) (4)
（e 方程） ： 湍流耗散率方程
r
__ e e r Uj t X i X i
__ __ __
(m mt ) k G re X k j
思考和认识由于社会经济的发展大部分台站观测环境遭到了不同程度的破坏地面干扰源较多严重影响了台站观测质量仪器由地面观测转到地下深井观测是今后地震观测的发展方向之一但深井观测也存在一些条件制约包括资金技术维护等方面都受到一定的制约
科技创新
汽车车身外流场计算模型及仿真
许莉娟 江苏 盐城 225009） （江苏联合职业技术学院盐城生物工程分院盐城生物工程高等职业技术学校，
2013 年第 36 期
科技创新
rCm
2
湍流动能： k 1 m ' m '' i j
k2 e
(6) (7) 图 2 基于 Fluent 的小轿车外流场压力分布 (8)
湍流长度： I 0.07 L 0.07 3.916 0.27412 湍流luent 求解 选择基于压力 在 Fluent 中选择合适求解小车外流场的求解器。 同时选择隐式求解器， 网格单 的求解器， 这适合于不可压缩的流动。 每个 未 元内的未知量用临近单元的已知量和未知量来计算。因此， 知量会不只在一个方程中出现， 这些方程必须同时求解才能解出未 速度场 知量。另外， 通过设置， 确定选择的是三维稳态的计算模型， 是绝对的， 并且按压力梯度计算。 然后设置求解控制 参数，进 一步 确定使用 SIMPLE 型求解 器， 求解方法采用 “求 解 压力 在求 解过 程中联立流动方 程和 湍流方程， 耦合方程组的半隐式求法” 。 为了提高计算结果的可靠性， 我们选择 二阶离散精度。 事实上， 为了使结果尽快收敛， 前半部分使用一阶离 散精度， 迭代 330 次后， 使用二节离散精度， 继续求解。对于欠松弛 图 3 基于 Fluent 的小轿车外流场流速分布 因子， 选用默认值即可。 选中 Check Convergence 复选框 ， 设置收敛判据， 表示 当每个变 正压 区； 同 时， 在挡风 玻璃 与汽车顶 盖以 及汽车 顶 盖与 后 窗之 间 存 量的值到达 Convergence Criterion 文本框中的规 定的值时，求解器 在一个绝对值比较大的负压区； 而汽车底盘下面为一个变化缓慢的 就认为计算已经收敛。 不过面积不大。 负压区域。 前轮外侧边缘有一绝对值很大的负压区， Fluent 在车顶盖的最大流速为 26.4m/s， 求得的 速度最 小值都 在 车头和车尾， 约为 0。 接近流场速度的数值模拟求得的极值。 由于汽 车底部的气流离开尾部后， 就迅速上扬和来自汽车后挡风玻璃的气 流相互冲撞， 导致汽车尾部形成漩涡， 产生能量耗散。 6 结束语 使用 Fluent 软件平台分析研究了 本文利用计算流体力学方法， 压力 等的分布 情况， 从而 汽车的空气动力性能， 包括汽车周围流速、 确定了汽车的气动特性与参数。 仿真分析结果表明该方法在分析研 究汽车空气动力特性， 辅助和优化汽车车身设计方面的有效性。 参考文献 杨国权.基于 CFD 的汽车外流场数值模拟的发展概 [1]张奇， 赵又群， 述[D].南京： 南京航空航天大学能源与动力学院， 2005. 贾建伟援CFD 简介及其应用 研究 [J]援北京 ： [2]师奇威， 贾代勇， 解放军 理工大学， 2007援 图 1 Fluent 的求解的收敛过程 王靖宇 援CFD 软件 及 其 在 汽车 领 域的应用 [3]沈俊 ， 傅立敏 ， 黎妹红 ， 继 续求 [D]援吉林:吉林工业大学,2000. 图 1 中， 在 迭 代 到 330 次时 ， 改 为 二 阶 迎 风 离散 精度， 解。最终在 445 次迭代时收敛。 [4]黄向东援汽车空气动力学 与 车身 造 型[M]援北京 ： 人民交 通出 版社 ， 4 汽车风阻系数和升力系数 2000援 该辆小轿车在 20m/s 的速度下行驶，受到的空气阻力由 Fluent [5]宁燕， 辛喆援汽车外流场的数值模拟[J]援北京:中国农业大学,2004. 计算 得 到 F蒯=170.28N， 其 迎 风面 积 S=2.25m2， 根据 求 解 空 气 阻 力 系 [6]吕明忠， 傅立敏援计算机数值仿真在 汽车外流场分析方面 高敦岳， 数的公式： 的应用研究[N]援北京： 人民交通出版社， 2002援 王成玲援汽车流场数值模拟[J]援北京： [7]贾海庆， 国家计算流体力学实 F= 1 c籽sv2， 得到 Cd=0.31。 2 验室,2007. 同样， 由 Fluent 计算得到， 该辆小轿 车在 20m/s 的速度下行驶， [8]李萍锋， 李红渊， 武玉维援FLUENT 在某轿车外流场中的应 张翠平， 受到的空气升力为 FT=14.95N。 根据如下求解空气阻力系数的公式： 用[D]援山西:太原理工大学,2009. 1 （1983-） 随机控制 、 鲁棒控 作者简介： 许莉娟 ， 硕士， 研究方 向 ： F cr sn 2 ， 得到 CL=0.027。 制、 汽车电子。 2 5 车外流场的后处理及分析 对 Fluent 求解器得到的数据， 只是对应于每个网格的相关物理 量的数值大小和方向等信息。 为了整体的把握小轿车外流场的特点 转化为图像来描 和直 观地 呈现出计算结 果， 需要对 其进行后处理， 述结果。 由图 2 可知， 在汽车头部， 气流受到垂直方向的阻滞， 速度降 为 零， 气流压力升高。在发动机罩和挡风玻璃之间存在一个比较大的
基于CFD的某跑车外流场数值模拟
基于CFD的某跑车外流场数值模拟作者：张震李旭崔行振来源：《山东工业技术》2017年第12期摘要：本文以国内某跑车为研究对象，首先使用CATIA三维软件建立跑车的三维模型，然后用GAMBIT软件完成体网格的划分，最后用FLUENT软件完成数值模拟和后处理，并对跑车的空气动力性进行研究。
结果表明，采用局部优化的方法改变跑车的外形参数，可以优化跑车周围的速度场和压力场，降低跑车的风阻系数Cd值和升力系数Cl值。
关键词：跑车车身；Fluent；外流场分析；风阻系数；局部优化DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.2560 引言汽车空气动力特性是指在运动过程中与空气的作用力对汽车燃油经济性、操纵稳定性、舒适性等性能有重要影响[1]。
随着计算机技术的发展，计算流体力学（CFD）在汽车空气动力学研究方面的应用也越来越重要，CFD方法具有周期短、成本低，不需实车模型等特点，用此方法分析指导设计，无论在汽车开发还是改进方面，都起到提高产品质量、增强自主开发能力的作用[2]。
在计算精度方面，计算结果已经可以把Cx的误差控制在5%以内。
由于ANSYS，STAR.CD， FLUENT以及CFX等商业软件的大量使用，现在汽车空气动力学解析系统的研究取得了巨大进步[3]。
跑车在高速行驶时为了减少空气阻力和保证整车的稳定性，通常车身成流线型、底盘低矮。
那么，研究跑车的空气动力特性就具有重要的意义。
本文将采用Fluent软件对国内某款跑车进行三维外流场的数值模拟，结合模拟的结果和空气动力学理论对跑车的外形结构进行局部的优化。
1 跑车外流场的控制方程和湍流模型当汽车高速行驶时，流体雷诺数均大于临界雷诺数，其流动应按湍流处理。
目前对于工程流场计算，常采用平均N-S方程对其进行求解[4]。
本文可以用Navier-Stokes方程来描述，在笛卡尔坐标中x，y，z三分量上的动量方程：式中：P为流体微元体所受的压力；Fx、Fy、Fz为微元体中流体受到x、y、z三个方向上的体力。
STARCCM用于汽车外流场的计算
8.生成体网格（续）：边界层网 格
9.选择物理模型
依次选择如下物理模型：
Space
Three
dimentional
Material Gas
Motion
Stationary
Flow
Segregated flow
Equation of Constant
state
density
Time
Steady
Viscous regime
Note: 当不想重新生成面网格时，可不选择surface mesher。
6.设定网格尺度
Base size
180 mm
Prism layer thickness
5.5 mm
Number of Prism 4 layer
Prism layer
1.3
stretching
Surface growth 1.2
STAR-CCM+ 用于汽车外流场的计算
步骤总结
1. 导入面网格. 2. 检查，修补面网格 3. 设定边界名称及类型 4. 抽取特征线 5. 选择网格模型 6. 设定网格尺度 7. 生成新的面网格（可选） 8. 生成体网格 9. 选择物理模型 10. 设定边界条件 11. 设定初始条件.
1.导入面网格
( Tools > volume shapes > new shape > brick)
7.生成新的面网格（可选）
面网格: 19.6万 (两分钟 左右)
8.生成体网格
体网格: 86.7万 (两十分钟左 右)
8.生成体网格（续）：车身表面 网格
8.生成体网格（续）：截面图(1)
8.生成体网格（续）：截面图(2)
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汽车车身外流场计算模型及仿真
文章利用计算流体力学方法，基于Fluent软件平台分析研究汽车的空气动力性能。
通过对作为边界的车身外表面以及流场的网格划分，并采用适当的矩阵代数算法，得到汽车外部流场的近似数值解，从而了解汽车周围流速、压力等的分布情况，进而确定汽车的气动特性与參数。
标签：计算流体力学；Fluent；外流场；网格划分；数值模拟
引言
汽车在行驶的过程中不可避免的要与周边空气发生相互作用，随着车速的增加，这种相互作用会愈加的剧烈。
空气对在行驶中的汽车施加力和力矩，从而影响汽车的行驶。
所以，在汽车开发过程中，研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。
另外，汽车的空气动力学性能不仅影响着汽车的燃油经济性，同时也对汽车的动力性、稳定性和操作性等方面有着巨大的影响，所以现代汽车设计越来越关注汽车的空气动力性能研究。
随着计算机技术的迅猛发展，对汽车结构分析的技术已基本成熟，且对更为复杂的流动问题的模拟计算也在不断的发展，其中计算流体力学（Computational Fluid Dynamics 简称CFD）受到了越来越多的关注。
计算流体力学已从定性的分析发展到定量的计算，其应用也从最初的航空领域不断的扩展到包括汽车在内的多个领域[1-3]。
新车型的开发过程中，空气动力性能分析是必不可少的。
利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析能够用来预测或解决一些理论及实验都无法处理的复杂流动问题，并能取代部分实验环节。
但要求对问题的物理特性有足够的了解，才能建立合适的数学方程及相应的初始、边界条件等，这些都离不开实验和理论方法的支持。
目前，数值方法主要是应用欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。
在汽车设计的研究分析领域，数值方法与传统的研究方法相结合，能够有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。
汽车车身外流场计算模型及仿真是计算流体力学在汽车外流场分析方面的应用研究之一[4-8]。
本文通过建立汽车车身外流场的计算模型，利用计算流体力学方法和适当的矩阵代数算法，基于Fluent仿真平台，分析研究汽车车身的空气动力性能。
1 汽车车身绕流的数学模型
流场运动中，流场运动基本方程是根据基本物理定律质量守恒、动量守恒、能量守恒定律按一定的流体流动模型推导的。
对于空气来说，当风速小于三分之一声速时，也就是风速小于408km/h，可以认为是不可压缩气体。
而对汽车来说，最高速度一般都小于400km/h，因此汽车空气动力学研究可以把周围的气体考虑成不可压缩的。
轿车绕流问题一般为定常、等温、不可压缩的三维流场，由于复杂外形会引起气流的分离，由于计算机技术的限制，目前还不能实现，现在工程中应用最广泛的方程是雷诺时均N-S方程，为使方程封闭这里采用可实行的K-？着模型。
汽车外流场的控制方程如下：
式中，u0为流体动力粘性系数；ut为涡粘性系数；i，j=1，2，3；X1=x；X2=y；X3=z；u1=U；u2=V；u3=W；G主要取决于流场的涡流特性，是流场空间位置的函数。
2 汽车模型K-？着参数确定
由数模可以得到车长L=3.916m；车速定为v=20m/s；雷诺数Re= =5.21×106（其中空气在20℃时的密度？籽=1.205kg/m3，动力粘性系数？滋=1.81×10-5kg/ms）。
根据雷诺准则，这是一个雷诺数问题，适用于K-？着模型。
3 Fluent求解
在Fluent中选择合适求解小车外流场的求解器。
选择基于压力的求解器，这适合于不可压缩的流动。
同时选择隐式求解器，网格单元内的未知量用临近单元的已知量和未知量来计算。
因此，每个未知量会不只在一个方程中出现，这些方程必须同时求解才能解出未知量。
另外，通过设置，确定选择的是三维稳态的计算模型，速度场是绝对的，并且按压力梯度计算。
然后设置求解控制参数，进一步确定使用SIMPLE型求解器，在求解过程中联立流动方程和湍流方程，求解方法采用“求解压力耦合方程组的半隐式求法”。
为了提高计算结果的可靠性，我们选择二阶离散精度。
事实上，为了使结果尽快收敛，前半部分使用一阶离散精度，迭代330次后，使用二节离散精度，继续求解。
对于欠松弛因子，选用默认值即可。
设置收敛判据，选中Check Convergence复选框，表示当每个变量的值到达Convergence Criterion文本框中的规定的值时，求解器就认为计算已经收敛。
图1 Fluent的求解的收敛过程
图1中，在迭代到330次时，改为二阶迎风离散精度，继续求解。
最终在445次迭代时收敛。
4 汽车风阻系数和升力系数
该辆小轿车在20m/s的速度下行驶，受到的空气阻力由Fluent计算得到Fп=170.28N，其迎风面积S=2.25m2，根据求解空气阻力系数的公式：
同样，由Fluent计算得到，该辆小轿车在20m/s的速度下行驶，受到的空气升力为FT=14.95N。
根据如下求解空气阻力系数的公式：
5 车外流场的后处理及分析
对Fluent求解器得到的数据，只是对应于每个网格的相关物理量的数值大小和方向等信息。
为了整体的把握小轿车外流场的特点和直观地呈现出计算结果，需要对其进行后处理，转化为图像来描述结果。
由图2可知，在汽车头部，气流受到垂直方向的阻滞，速度降为零，气流压力升高。
在发动机罩和挡风玻璃之间存在一个比较大的正压区；同时，在挡风玻璃与汽车顶盖以及汽车顶盖与后窗之间存在一个绝对值比较大的负压区；而汽车底盘下面为一个变化缓慢的负压区域。
前轮外侧边缘有一绝对值很大的负压区，不过面积不大。
Fluent在车顶盖的最大流速为26.4m/s，求得的速度最小值都在车头和车尾，约为0。
接近流场速度的数值模拟求得的极值。
由于汽车底部的气流离开尾部后，就迅速上扬和来自汽车后挡风玻璃的气流相互冲撞，导致汽车尾部形成漩涡，产生能量耗散。
6 结束语
本文利用计算流体力学方法，使用Fluent软件平台分析研究了汽车的空气动力性能，包括汽车周围流速、压力等的分布情况，从而确定了汽车的气动特性与参数。
仿真分析结果表明该方法在分析研究汽车空气动力特性，辅助和优化汽车车身设计方面的有效性。
参考文献
[1]张奇，赵又群，杨国权.基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述[D].南京：南京航空航天大学能源与动力学院，2005.
[2]师奇威，贾代勇，贾建伟.CFD简介及其应用研究[J].北京：解放军理工大学，2007.
[3]沈俊，傅立敏，黎妹红，王靖宇.CFD软件及其在汽车领域的应用[D].吉林：吉林工业大学，2000.
[4]黄向东.汽车空气动力学与车身造型[M].北京：人民交通出版社，2000.
[5]宁燕，辛.汽车外流场的数值模拟[J].北京：中国农业大学，2004.
[6]吕明忠，高敦岳，傅立敏.计算机数值仿真在汽车外流场分析方面的应用研究[N].北京：人民交通出版社，2002.
[7]贾海庆，王成玲.汽车流场数值模拟[J].北京：国家计算流体力学实验室，2007.
[8]李萍锋，张翠平，李红渊，武玉维.FLUENT在某轿车外流场中的应用[D].山西：太原理工大学，2009.
作者简介：许莉娟（1983-），硕士，研究方向：随机控制、鲁棒控制、汽车电子。