轿车简化模型的空气动力学计算报告

轿车简化模型的空气动力学计算报告

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沈沉CAX门户（doc.guandang.net ）

1 引言

1.1 模型概述

网格文件中的模型是某型半车外流场网格（不含轮胎且前端封闭），对称后的车体模型外观如图1所示。经过对模型文件的测量，测得车长大约为2.586m（图2），半车体迎风面积大约为0.279m2。从模型看，几乎全部车身细节已经被简化，车体可能按一定比例缩小，因此，根据相似性原理，计算结果中阻力、升力等积分值并不具有参考意义。

图1 车体模型 图2 车体参数测量

网格文件的计算域长22m、高12m、半宽8.5m、车体离地高度约0.118m，原始网格文件约有57.4万非结构化网格，边界层网格未加密，网格质量也比较低。

1.2 数值模拟的目标及流程

a) 比较不同行驶速度的阻力系数

由于“阻力系数在不同速度下几乎相等”是经验所得，因此用不同行驶速度做多次计算得到的阻力系数更具有意义。本次计算比较了不同行驶速度(72km/h和120km/h)下的阻力系数。 b) 比较不同计算格式的收敛速度和求解精度

采用了两种不同的计算格式（SIMPLE和SIMPLEC）进行计算，并比较了其收敛速度。 c) 比较不同湍流模型的收敛速度和求解精度

计算时分别采用了标准（Standard）k-ε湍流模型和重整化（RNG）的k-ε湍流模型两种不同的湍流模型，并比较了其收敛速度和求解精度。

d) 使用自适应网格方法计算

首次计算采用一阶精度，自适应网格后采用二阶精度。

e) 流场分析

从流线以及涡的结构的角度分析流场，并对预测分离区位置。

2 计算方法及参数设置

2.1求解器的选择

由于汽车行驶速度不高，空气的几乎不表现出压缩性和热效应，这里采用压力基分离式算法来求解全场，也不考虑在求解时耦合能量方程。

2.2 流体模型的选取

由于汽车行驶速度不高，空气的热效应与压缩性不明显，空气粘性也基本不变，气体模型采取常数（constant）模型。

2.3 湍流模型选择

本次数值计算采取了两种湍流模型，Standard k-ε湍流模型以及RNG k-ε湍流模型标准k-ε模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这个特点使得RNG k-ε模型比Standard k-ε模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。因此在轿车网格文件边界层网格很粗的情况下，带壁面函数的RNG k-ε模型可能具有相对较高的精度。

Standard k-ε模型的表达式如下：