2024/06/17

【AICFD教程】汽车外气动仿真,小白学CFD的入门案例

视频教程



文字教程

1. 案例背景

1.1 学习目标

本案例针对某汽车仿真模型,在车速为40m/s时进行了汽车外流场的数值模拟。(点击下载软件免费试用

本案例教程旨在演示AICFD中以下场景与功能的操作:

a. 单域外流场的网格划分;

b. 前前处理引导功能;

c. 单域外流场流动分析场景;

d. 后处理:压力云图查看。

1.2 案例描述

汽车外气动仿真可以评估车身形状、外造型凸起物、发动机前舱进气等对汽车行驶阻力的影响,从而指导车身外观改型设计、提高汽车性能指标。

本案例利用AICFD对简易整车模型的外流场进行全流程仿真:

a.  将汽车几何导入AICFD,对几何数据进行重新组织归类,完成全局网格、边界层网格等尺寸参数的设置后,进行一键式网格划分;划分完毕后,进行网格质量检查与迭代,形成局部业务闭环;

b.  进入AICFD“前前处理”特色模块,通过智能引导问答的形式,从应用场景的语言出发,配合图文结合的帮助示例,自动为用户推荐最合适的湍流、多相流、传热、边界条件等配置,帮助用户合理、快速地使用CFD软件,解决了通用CFD软件“操作繁琐容易出错”、“设界面逻辑混乱”、“用户使用门槛高”等痛点; 

c.  配置结束后,点击求解;等待结果收敛后,可定量得到升力、阻力系数,以确认其是否满足整车部门目标;可定性得到压力云图、速度流线图,以分析造型进一步优化方向。

本案例需要的输入文件和参数信息如下表:

几何文件 ahmed_car.stp
介质25℃空气
湍流模型可实现的k-epsilon模型
边界条件

入口流量:40 m/s;出口静压:0 Pa

图1.png

图1  网格模型

2. 网格处理

2.1 新建工程

a. 启动AICFD 2024R1

图2.png

图2  AICFD窗口

b. 选择 文件>新建,新建工程,选择工程文件路径,设置工程文件名,点击“确定”。

图3.png

图3  新建工程

2.2 网格划分

a. 单击菜单栏 几何> 导入几何 ,导入外部生成的几何文件;点击下载模型文件

图4-改.jpg

图4  几何导入

b. 设置流场车头方向的面23为进口,重命名inlet;命名后可隐藏,以防视觉干扰、车尾方向的面18为出口,重命名outlet;下面22为地面、重命名gound;流场左右及上面三个面19-21是现实中是不存在的,常作为对称面处理,重命名symm;其余2-17、24-26为汽车表面,全选,合并,命名为汽车表面carwall;

图5-改.jpg

图5  几何面处理

c. 单击菜单栏 网格> 全局尺寸 ,设置网格划分相关的全局尺寸;

图6.png

6  全局尺寸

d. 单击菜单栏 网格> 面网格 ,设置网格面网格尺寸;

图7-改.jpg

图7  面网格

e.  单击菜单栏 网格> 边界层 ,设置边界层网格尺寸。

图8-改.jpg

8  边界层网格

f. 单击菜单栏 网格> 创建体网格 ,完成网格划分,如图所示。

图9.png

图9  创建网格

2.3 网格质量检查

单击菜单栏 网格> 信息统计或网格质量,查看网格信息或检查网格质量。

图10-改.png

图10  信息统计

3. 求解设置

3.1 前前处理

a. 分别点击视口区上方 前前处理 页签与视口区 开始,进入前前处理模块;

图11.jpg

图11  进入前前处理模块

b. 系统弹出 前前处理设置 面板,首先进行 物理现象 的基本问答;问题1.1 为“仿真场景中流体的数量”,点击问题下方的标识.jpg展开帮助系统;根据提示,汽车外气动只包含空气一种流体;

图12.jpg

图12  前前处理帮助系统

c. 在问题1.1答案框中输入数值1,系统自动弹出第二个问题;

图13.jpg

图13  前前处理问题自动推进

d. 在后续问题中,按照如下回答,完成汽车外气动案例 物理现象 问答页面,点击 下一页 进入 湍流模型 问答页面;

问题 答案
1.1 仿真场景中流体的数量1
1.2 流体类型是?气体
1.3 流材料

Air at 25C

1.4 流体在何种范围内流动物体外部
1.5 物体的形状其他复杂形状
1.6 其它复杂情况的特征长度1m
1.7 是否关心流动随时间的变化情况不关注
1.8 除流动外,是否关注下列物理现象以上都不关注

图14.jpg

图14  前前处理 – 汽车外气动物理现象

e. 按照如下回答,完成汽车外气动案例 湍流模型 问答页面,点击 下一页 进入 边界条件 问答页面;

问题 答案
2.1 流体速度大概是40m/s
2.2 是否希望精细地对近壁面流体行为进行仿真?
2.3 是否关注下列流体现象?

分离流/ 回流

2.4 分离流的尺度?
2.5 是否属于汽车外气动场景?

图15.jpg

图15  前前处理 – 汽车外气动湍流模型

 f. 进入 边界条 问答页面,问题3.1与网格计算域信息关联,点击 编辑,将所有面按照标识.jpg帮助提示放入对应的边界类型,点击 确定

图16-改.jpg

图16  前前处理 – 编辑边界类型

g. 按照如下回答,完成汽车外气动案例 边界条件 问答页面,此时已完成所有问答,点击 下一页 进入 总结 页面;


问题 答案
3.2 是否存在壁面与流体间无摩擦力的情况?不存在
3.3 是否存在运动的壁面?不存在
3.4 壁面的粗糙度高度

默认(0)m

3.5 流速是否为给定条件?
3.6 输入流速40 m/s
3.7 输入出口静压0 Pa
3.8 入口/ 出口的湍流强度弱(推荐)


图17.jpg

图17  前前处理 – 汽车外气动边界条件

h. 总结 页面用于展示即将写入主程序的配置信息,确认无误后点击 确定

图18.jpg

图18  前前处理 – 汽车外气动总结页面

4. 初始化及求解计算

4.1 初始流场设置

双击 仿真> 初始化,设置初始流场;

图19-改.jpg

图19  初始化设置

4.2 求解计算

选择菜单栏 求解> 求解> 直接求解> 并行,开始计算。

图20.jpg

图20  运行求解器

图21-改.jpg

图21  选择求解模式

5. 后处理

5.1 监控曲线

点击监控,查看残差曲线;

图22-改.jpg

图22  残差曲线

5.2 数据读取

双击树节点 报告> 力,设置方向参数,选取区域面列表中目标部件,点击应用,读取升阻力数据。

图23.jpg

图23  统计值报告

5.3 结果查看

双击报告 > 力 ,在日志区查看汽车所受阻力值;

图24-补.jpg

图24  汽车阻力

5.4 可视化结果

a. 单击菜单栏 后处理> 面,选取位置和变量参数,设置等级参数,点击应用,读取外流场截面压力云图;

图25-改.jpg

图25  压力云图

b. 单击菜单栏 后处理> 云图,选取位置和变量参数,设置等级参数,点击应用,读取汽车表面压力云图;可以观测到当空气流遇到车辆的前端时,由于流体不能穿透车体,因此在车头形成一个高压区;空气流过车头高压区后,进入车身两侧和顶部,根据伯努利原理,流速越高,静压越低,故这些区域的压力通常会较低;车尾通常由于气流的分离会形成低压区,导致所谓的“尾迹”效应,增加风阻。

图26-改.jpg

图26  表面压力云图