fluent汽车模型cfd模拟

基于FLUENT的汽车模型CFD模拟本次作业是利用CFD对流经结构外表面流动进行研究，模拟汽车运动中流经汽车表面的气体动力学现象。目的：(1)创建对单一小车模型的CFD模拟；(2)进行两车模型CFD模拟并研究车间距对模拟的影响；(3)了解湍流流动模型以及对y+；(4)创建对单一小车加尾翼模型CFD模拟。操作过程一、单车模型（1）创建独立性网格小车形状以及计算域如图1，小车长度为1。为了不影响计算，计算域设定的很大，长27，宽为5。图1小车形状及计算域由于小车以100km/h的速度运动，相当于小车不动，地面以27.778m/s的速度向x方向运动，此时空气流动为湍流，因此在小车的边界上要设置边界层网格。设置第一层为0.0029，成长因子为1.09，层数为6，如图2。图2边界层网格因为主要研究小车附近的空气流动特性，从小车到计算域边界应用sizingfunction。小车地面到地面的sizingfunction参数设为startsize：0.035，growthrate：1.15，maxsize：0.1；小车其他边到计算域边界参数设为startsize：0.035，growthrate：1.2，maxsize：20，如图3。图3sizingfunction设定创建面网格，非结构网格，选择三角形网格，为了创建独立性网格，将网格密度逐次加倍得到种网格如图4。图4网格对网格进行检查，发现密度最大的第四种网格的aspectratio大于6的有13个，edgeratio大于6的有8个如图5，其他网格质量较好。图5网格检查定义边界：Sky:SymmetryInlet:VelocityinletOutlet:PressureoutletGround:WallCar_front:WallCar_top:WallCar_back:WallCar_bottom:Wall（2）应用fluent对小车网格进行计算分别对四种不同密度的网格进行计算。读入网格，检查完毕后需要对网格进行光滑处理，如图6。图6smooth/swap因为空气速度比较大，是湍流流动，所以要选用湍流模型，这里选用k-e模型，各参数选用默认值，如图7。图7湍流模型设定边界条件，inlet为速度入口，速度为27.778，outlet为压力出口，ground为移动壁面相对速度为27.778，其他参数如图8。图8定义边界条件从入口初始化，并计算，监视残差与阻力系数，如图9。图9残差与阻力系数Continuity都是随着迭代次数增加一直减小，其他残差随迭代次数增加先增大后减小。阻力系数是从计算开始立刻减小，然后增加，再迭代10次左右以后保持不变。对近壁面Y+值作图。四种网格小车边界层的y+值如图。图10y+值四种网格小车近壁面处的y+值大部分都在75-175之间，符合要求。（3）分析结果分别计算四种网格小车的阻力系数和升力系数如图。图11阻力系数图12升力系数第一种到第四种网格阻力系数分别为0.4898、0.4666、0.45396和0.45382，升力系数分别为-0.143、-0.211、-0.236、-0.193。阻力为负值说明小车受到下压力。后两个阻力系数已经很接近，而且第四种网格中已经存在质量不好的网格所以认为第三种网格为独立性网格。车前端面所受到的阻力最大，占阻力的绝大部分，顶部的阻力几乎为零，并且是负值，说明顶部受力方向为车的行进方向。选择第三中网格，其压力、速度、湍流动能以及速度矢量图如下，同时顶部也提供了小车的绝大部分下压力。图13压力图图14速度图图15湍流动能图16速度矢量图17速度矢量（部分）压力图中，空气压缩在车头处，压力明显高于其他区域，车前部与顶部交汇处存在明显的压力梯度，在车顶部最高处压力最低，压力能转化为动能，车底部压力也较低，车后部压力较均匀，同时在车后部形成了一个高压区。速度图中，车头区域速度较低，车顶部和底部的空气流动速度很高。紧挨车后部空气流动速度很低，车后部在很大范围内速度比较小。车头与顶部的交汇处湍流动能最大，车顶部的前端较小。同时可以看到车后部产生了漩涡，车头处气流分别流向顶部和底部所以有一个低速区。二、双车模型两小车的间距分别为0.5、1、2个车间距，模型如图。图18双车模型应用FLUENT分别计算。Y+值如图。图190.5倍车距前车、后车Y+值图201倍车间距前车、后车Y+值图212倍车间距前车、后车Y+值3种不同车距模型，前车的y+值大部分都在75-175之间，后车的y+值大部分都在80-180之间，符合50-300的要求。三种间距模型的阻力系数和升力系数分别如图。图220.5倍车间距前车、后车阻力系数和省力系数图231倍车间距前车、后车阻力系数和升力系数图242倍车间距前车、后车阻力系数和省力系数0.5倍、1倍、2倍模型前车阻力系数分别为0.346、0.398、0.441，后车的阻力系数为0.279、0.269、0.271。双车模型前后车的阻力系数比单车的0.454模型小，而且后车的阻力系数明显降低。两车间距越小，前车的阻力系数越小，后车阻力系数变化不大。在研究范围内两车相距越远前车受到的影响越小，但是前车对后车的影响区域很大，后车的阻力系数变化不大可以说明这一点。0.5倍、1倍、2倍模型前车升力系数分别为-0.011、-0.237、-0.373，后车升力系数分别为-0.388、-0.285，-0.297，而单车模型的省力系数为-0.236。双车模型前后车的升力系数比单车的-0.236模型大，说明后车有更大的下压力。两车间距越小，前车的阻力系数越小，0.5倍车距的前车模型升力系数很小，1倍车距升力系数与单车模型大致相等。前车的阻力系数随车间距减小先减小在增加，但1倍间距与2被间距后车升力系数变化不大。图252车压力图图262车速度图从图中可以看出，两车模型中后车前部的气体压力比前车小得多，其他部位压力大致相等，车距越小两车之间高压区域越小。后车前部的气体速度也要比前车小，车距越小两车之间气体低速区域越显著。三、单车带尾翼模型在单车模型的基础上，在车后部增加一尾翼，分析模拟结果，其网格如图。图27带尾翼的小车网格在FLUENT中计算，边界层的y+值如图。图28y+值Y+值大部分在75到175之间，满足要求。计算阻力系数与升力系数。图29阻力系数图30升力系数带尾翼的小车模型阻力系数为0.591大于不带尾翼小车的0.454，升力系数-0.604远大于不带尾翼小车的-0.236。有次可见，尾翼虽然增加了小车的阻力但是却提供给小车很大的下压力，对于高速行驶的汽车作用很大。图31压力图图32速度图图33湍流动能图图34速度矢量图从图中可以看到，由于尾翼特殊的形状，空气在其上部产生高压，在下部产生低压，这就是尾翼能为小车提供大下压力的原因。由于尾翼的存在，小车顶部的气流速度降低。尾翼处的湍流动能也较没有尾翼的高。