整车全模型外流场仿真分析规范

Q/SZJ191001-2017整车全模型外流场仿真分析规范SpecificationofAerodynamicsSimulationProcedureforFullVehicleModel20XX20XX-06-30实施20XX-05-29发布XXXX汽车工程技术有限公司发布Q/SZXX-X-2017整车全模型外流场仿真分析规范范围本标准规定了术语和定义、整车全模型外流场仿真分析及结果处理方法。本标准适用于CAE部门整车全模型外流场仿真分析。规范性引用文件无。术语和定义无。摘要Abstract本规范规定了整车详细设计阶段的车身空气动力学CFD分析建模、边界条件处理及后处理方法。本规范适用于XX汽车公司开发的乘用车空气动力学CFD建模及分析。ThisproceduredefinestheaerodynamicsCFDmodeling,boundaryconditionsandpost-processingmethodforvehiclebody.It’sapplicablefortheXXautomotivecompanypassengercarsaerodynamicsCFDmodelingandanalysis.流程图ProcessFlowDiagram图1流程图工具描述ToolDescription仿真分析过程中需要用到的如下软件:Thefollowingsoftwarefacilitatestheanalyticalsimulationprocess:前处理(Preprocessors):Hypermesh求解器(AnalysisCode):STAR-CCM+后处理(Postprocessors):STAR-CCM+建模和分析过程Modeling/AnalysisProcedure单位Units分析中所用单位制如下所示:Theunitsusedintheanalysisareasfollows:力(Force) 牛顿(N)质量(Mass) 千克(Kg)长度(Length) 米(M)时间(Time) 秒(Second)几何数据处理GeometryDataTreatment整车几何模型包括车身、后视镜、底盘、电器元件、发动机和冷却系统(冷凝器、散热器、中冷器和风扇)等，外观如图2、图3所示。Thefullvehiclegeometrymodelincludesbody,rearviewmirror,chassis,electricelectronics,engineandcoolingsystem(condenser,radiator,inter-coolerandfans)andsoon,shownasfig.2andfig.3.图2车身表面数据图3车身地板Fig.2BodysurfacedataFig.3Bodyfloorsurfacedata部件分组ComponentsDividing为了便于模型管理，将几何数据划分成以下几何部分：底盘、车身、发动机、冷却系统和电器元件。在每一部分中应单独定义组，以便定义尺寸、边界条件、防接触和进行后处理等操作，然后利用Hypermesh或Ansa软件对相应的几何表面进行处理。Inordertomanagethegeometrymodel,wedividethemodelintoservalparts:chassis,body,engine,coolingsystemandelectricelectronics.Eachpartshoulddefineassemblyindependently,betterformeshing,boundaryconditionsandcontactpreventiondefining,andpost-processing,thencleanthegeometrysurfacebyusingHypermeshorAnsa.外部计算域建立ExternalZoneCreating为模拟环境风洞试验环境，需要在车的外部建立长方体空腔。外部计算域尺寸大小见下图。Inordertosimulatetheenvironmentalwindtunnelexperimentconditions,weneedtocreatethecuboidboxontheexteriorofvehicle.Theexternalcomputationzonedimensionsisshowedinthefigurebelow.图4计算区域的确定Fig4Externalcomputationzonea)UH部分体网格的生成UHpartsvolumemeshgeneration在整车空气动力CFD分析中，体网格采用TRIM网格；为了能准确的模型车体表面的粘性阻力，需要在车体壁面附近增加边界层。ForthevehiclefullmodelaerodynamicsCFDanalysis,thevolumemeshusestrimmesh;inordertosimulatetheviscousresistancecorrectly,weneedtogenerateboundarylayersonthewallofvehiclebody.空间加密区如图5所示，车体尾部由于气流分离，流场复杂需要加大的加密区域；车体两侧流场相对简单，加密区域可以减小。Theairflowclosetothebodyalwayshasvelocitygradients,inordertosimulatethevelocitygradientsprecisely,weneedtomakesomevolumemeshmoreintensive,asshownbelow.图5空间加密区域示意图Fig5Theintensivemeshzoneinthecomputationalzone两个加密区域内体网格尺寸：Twointensivemeshzonevolumemeshsize:BOX1体网格尺寸：20mm*20mm*20mmBOX1volumemeshsize:20mm*20mm*20mmBOX2体网格尺寸：40mm*40mm*40mmBOX2volumemeshsize:40mm*40mm*40mmb)冷却系统的处理Coolingsystemtreatment冷却系统包含散热器、冷凝器、风扇等。对于整车空气动力学，可以不对风扇进行特殊处理。冷凝器、散热器和中冷器采用相同的处理方式。只需将冷凝器、散热器的多孔介质区域划分体网格，空气与多孔介质区域采用interface连接即可。Thecoolingsystemincludesradiator,condenser,fansandsoon.Forthefullmodelaerodynamics,wedon’tneedtomakespecialtreatmenttofans.Thecondenser,radiatorandinter-coolercanbesimulatedasporousmodel.边界条件BoundaryConditions计算模型的设置ComputingModelSetting模型设置完成后应该如下图所示：Themodelsettingcompletedshouldbeshownasbelow:图6计算模型选择示意图Fig.6Computingmodelselection边界条件的设置BoundarySetting进口Inlet进口速度设置见表1。Theinletboundaryconditionssettingasshowninsheet1.表1设置为速度进口Sheet1TheinletboundaryshouldbesetasvelocityinletVelocityMagnitude27.77778m/s出口Outlet出口参数设置见表2。Outletboundaryconditionssettingasshowninsheet2.表2设置为压力出口Sheet2TheoutletboundaryshouldbesetaspressureoutletPressure0Pa壁面条件Wallboundaryconditions整个计算模型除进口、出口外，其余全部设置为壁面Wall（见图7），具体参数全部采用默认值。Thewholecomputingmodelshouldbesetaswallexcepttheinletandoutletboundary,theconditionsasdefault.进口Inlet进口Inlet出口Outlet图7边界条件示意图Fig7Boundaryconditionssetting性能要求PerformanceRequirements整车全模型气动阻力系数Cd<整车阶段目标值Cd。ThevehiclefullmodelaerodynamicsdragcoefficientCdshouldsmallerthanthefullmodeldesignstagetargetCd.分析要求AnalysisRequirements求解器设置CalculatorSetting各求方程的差分格式要求使用默认值（二阶迎风格式）。如果遇到计算发散或者不收敛，可以尝试调小各控制方程的松弛因子，或者降低差分格式级别。待收敛性变好后，差分格式需要改为默认值再计算。Thedifferenceformatofcontrolequationsshouldkeepthedefaultvalue(secondup-windformat).Ifthecomputingconvergenceisbad,trytodecreasetherelaxfactorsforthecontrolequationsortodegradethelevelofdifferenceformat.Whentheconvergencebecomegood,changethedifferenceformattodefaultvalue.收敛准则ConvergeRule计算收敛至少需要满足以下两点要求：a)保证计算步数（MaximumSteps）不少于3000步；b)Cd值保持稳定（Cd在变化量小于0.001的周期波动超过1000步可视为稳定）。Computingconvergenceshouldmeetthetwopointsbelow:a)Makesurethemaximumstepsnotlessthan3000;b)MakesuretheCdvaluetobestable(whenthestepsinwhichthedifferenceofCdislessthan0.001exceed1000canbestable.)结果Results主要包括气动参数的评估、压力场分析、速度场分析。气动参数评估AerodynamicsEvaluation对于整车模型，需要计算以下计算参数：迎风面积、阻力系数、侧力系数、升力系数、气动阻力、气动侧力、气动升力、侧倾力矩、纵倾力矩、横摆力矩。对于半车对称模型，只需要计算迎风面积、阻力系数，气动阻力便可。其中气动阻力为主要评估参数。Forthewholevehiclemodel,weneedtocomputethefollowingparameters:frontalarea,Cd,Cl,Cs,dragforce,liftforce,sideforceandthethreemoments.Forthehalfvehiclemodel,onlyneedtocomputethefrontalarea,Cdanddragforce.Thedragforceismainevaluationparameter.压力场分析PressureFieldAnalysis为获得更好的气动性能，应该尽量减小迎风面压力的大小，加大尾部压力，分析发动机舱进风口和空调进风口应该于高压区内。如果是包括底盘与发动机舱的模型，应当尽量避免底盘零部件迎风面出现高压区域。如图8所示。Tohaveabetteraerodynamicsperformance,weshoulddecreasethefrontalsurfacepressure,andincreasethebackpressure,theengineairintakeandHVACairintakeshouldbeinhighpressurezone.Ifthemodelincludeschassisandunderhoodparts,