1. 案例背景

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。

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:

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图1 网格模型
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图1 网格模型

2. 网格处理

2. 网格处理

2.1 新建工程

a. 启动AICFD 2024R1

图2 AICFD窗口
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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 新建工程
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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;

图4 几何导入
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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 几何面处理
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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 全局尺寸
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图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 面网格
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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 边界层网格
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图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 创建网格
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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 信息统计
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图10 信息统计

3. 求解设置

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 进入前前处理模块
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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”,点击问题下方的帮助信息按钮展开帮助系统;根据提示,汽车外气动只包含空气一种流体;

图12 前前处理帮助系统
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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 前前处理问题自动推进
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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;

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图14 前前处理 – 汽车外气动物理现象
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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;

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图15 前前处理 – 汽车外气动湍流模型
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图15 前前处理 – 汽车外气动湍流模型

f. 进入边界条件问答页面,问题3.1与网格计算域信息关联,点击编辑,将所有面按照帮助提示放入对应的边界类型,点击确定;

图16 前前处理 – 编辑边界类型
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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;

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图17 前前处理 – 汽车外气动边界条件
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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17 前前处理 – 汽车外气动边界条件
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图17 前前处理 – 汽车外气动边界条件

4. 初始化及求解计算

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17 前前处理 – 汽车外气动边界条件
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图17 前前处理 – 汽车外气动边界条件

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 运行求解器
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图20 运行求解器
图21 选择求解模式
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图21 选择求解模式

5. 后处理

5. 后处理

5.1 监控曲线

点击监控,查看残差曲线;

图22 残差曲线
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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 统计值报告
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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23 统计值报告
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图23 统计值报告

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23 统计值报告
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图23 统计值报告

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23 统计值报告
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图23 统计值报告