2-乘用车空气动力学仿真技术规范（报批稿）
ICS号中国标准文献分类号团 体 标 准 T/CSAE XX - 2018乘用车空气动力学仿真技术规范Technical specification of passenger car aerodynamic numerical simulationxxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施 中国汽车工程学会 发布由中国汽车工程学会发布的本标准，旨在提升产品研发、制造等的水平。标准的采用完全自愿，其对于任何特定用途的可用性和适用性，包括可能的其他风险，由采用者自行负责。目次前言VI1范围12规范性引用文件13术语和定义14仿真的内容及流程64.1仿真内容64.2仿真流程65仿真模型建立65.1仿真模型建模65.1.1坐标系65.1.2单位制75.1.3仿真模型建模要求75.2生成计算节点95.2.1基于N-S方程网格划分要求105.2.2基于LBM方法计算节点划分要求115.3物理模型设置125.3.1计算域125.3.2冷却系统125.3.3车轮135.3.4其余135.4求解过程135.4.1求解器设置一般要求135.4.2基于N-S方程求解器设置135.4.3基于LBM方法求解器设置156仿真结果后处理156.1仿真结果输出156.2仿真结果评价方法156.2.1速度云图156.2.2压力系数云图156.2.3速度矢量云图166.2.4流线166.2.5面剪切力云图166.2.6等值面云图166.2.7阻力系数累积曲线167仿真分析报告167.1报告一般要求167.2仿真分析模型167.3仿真分析软件167.4仿真任务概述167.5仿真分析过程167.6结果分析与结论167.7分析报告17附录A（规范性附录）仿真流程18附录B（规范性附录）仿真模型建立19附录C（规范性附录）仿真后处理21附录D（规范性附录）仿真分析报告24附录E（规范性附录）仿真结果与实验对比26附录F（规范性附录）仿真结果不确定度来源及评定流程28前言本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。本标准由中国汽车工程学会汽车空气动力学分会提出。本标准由中国汽车工程学会标准化技术委员会（CSAE/TC114）归口。本标准主要起草单位：重庆长安汽车股份有限公司、上海汽车集团股份有限公司技术中心、一汽-大众汽车有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司、江铃汽车股份有限公司、清华大学、吉林大学。本标准主要起草人：孙络典、罗恕燕、左辉辉、王保华、古静、余显忠、徐胜金、胡兴军、赵志明、何悦、顾彦、王庆洋、王靖宇、李小华、迟启明、王勇、杨坤、席椿富、李启兵、李嵩。本标准于201x年xx月首次发布。 31 乘用车空气动力学仿真技术规范1 范围本标准用于规范及指导乘用车空气动力学仿真技术以及业内交流。本标准适用于七座（含七座）以下乘用车。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 3100-1993 国际单位制及应用GB 3101-1993 有关量、单位和符号的一般原则Xxxxxxxxxxxx 乘用车空气动力学性能术语和定义SAE J2966TM Guidelines for Aerodynamic Assessment of Medium and Heavy Commercial Ground Vehicles Using Computational Fluid Dynamics3 术语和定义3.1 空气动力学坐标系 Aerodynamic coordinate system车辆或模型的空气动力学坐标系如图1所示，坐标系原点位于车辆轴距中心线和轮距中心线在地面上投影的交点。图1 空气动力学坐标系图2 自由来流速度3.2 x轴： x axisx轴正方向为车辆向后，与y轴、z轴形成空气动力学坐标系，如图1所示。3.3 y轴： y axisy轴正方向为车辆向右，与x轴、z轴形成空气动力学坐标系，如图1所示。3.4 z轴： z axisz轴正方向为车辆向上，与x轴、y轴形成空气动力学坐标系，如图1所示。3.5 V：车辆速度Vehicle velocity车辆在x方向的速度矢量，如图2所示。3.6 Vw：风速Wind velocity在x-y平面上相对于x方向成角，且大小为Vw的风速矢量，如图2所示。3.7 V：自由来流速度Freestream speed大小相对于车辆速度矢量V的风速矢量，V=VW-V，如图2所示。3.8 ：横摆角 Yaw angle车辆行驶方向（-x轴方向）和自由流速度V之间的角度，车头向右为正。3.9 D:气动阻力 Drag作用在x轴方向的气动力，x方向为正，FX=D。3.10 S:气动侧向力 Side force作用在y轴方向的气动力，y方向为正，FY=S。3.11 L:气动升力 Lift作用在z轴方向的气动力，z方向为正，FZ=L。3.12 RM:侧倾力矩 Rolling moment绕x轴的气动力矩，车辆右侧向下（右倾）为正。3.13 PM:俯仰力矩 Pitching moment绕y轴的气动力矩，车头抬起为正。3.14 YM:横摆力矩Yawing moment绕z轴的气动力矩，车头向右为正。3.15 CD:阻力系数 Drag coefficient表征物体与流体发生相对运动时产生的阻力大小，无量纲参数。3.16 CS:侧向力系数 Lateral force coefficient表征物体与流体发生相对运动时产生的侧向力大小，无量纲参数。3.17 CL:升力系数 Lift coefficient表征物体与流体发生相对运动时产生的升力大小，无量纲参数。3.18 A:正投影面积Frontal area车辆在其正前方平行于x方向的光照射下投射到车后垂直于x方向的屏幕上的投影面积。3.19 WB:轴距 Wheelbase通过汽车同一侧面相邻两车轮中心，并垂直于汽车纵向对称平面的两垂线之间的距离。3.20 车辆姿态 Vehicle altitude根据车辆设计状态及对应的车辆配重而确定的车辆姿态，以轮眉高度Ht表示。3.21 Ht：轮眉高度 Trim height车辆水平放置时，轮眉到地面的最大垂直距离。Htf：前轮眉高度 Front trim height车辆水平放置时，前轮轮眉到地面的最大垂直距离，如图3所示。Htr：后轮眉高度 Rear trim height车辆水平放置时，后轮轮眉到地面的最大垂直距离，如图3所示。图3 轮眉高度3.22 计算流体动力学 Computational fluid dynamics（CFD）一种使用计算机求解流动、传热和相关传递现象的系统分析方法和工具。3.23 仿真模型 Simulation model用于进行数值模拟的计算机数字模型。3.24 流场 Flow field计算流体介质所占据的空间区域。3.25 雷诺数 Reynolds number表征流体惯性力与粘性力的比值大小，无量纲数。Re=Vdc/。，dc为一特征长度，通常取整车长度。用以表征流体流动情况，可作为流动特性的判断依据。3.26 边界层Boundary layer流体与固体壁面之间因流体粘性力引起的贴附于固体壁面的流体薄层，以099%来流速度的梯度层作为边界层的厚度。3.27 计算域 Simulation domain在CFD数值模拟过程中参与数值计算的区域，其几何边界一般包括进口、出口和周围壁面。3.28 加密区域 Refined region针对仿真流场中的关键或流动复杂区域，进行局部网格加密处理的区域。3.29 流场进口 Inlet定义计算域的进口边界上速度、压力、流量或其它相关参数的一种边界条件。主要包括速度进口、压力进口、质量流量进口等条件类型。3.30 流场出口 Outlet定义计算域的出口边界上速度、压力、流量或其它相关参数的一种边界条件。主要包括自由流出口、压力出口等类型。3.31 旋转边界条件 Rotational boundary condition 定义车辆上旋转零部件（如风扇、车轮）的一种边界条件，主要有旋转壁面、运动参考坐标系（MRF）和滑移网格（Sliding mesh）三种设置方法。3.32 滑移壁面 Slip-wall滑移壁面的法向速度为零，且压力梯度为零。3.33 多孔介质 Porous mediaCFD仿真中针对具有孔隙形态零部件的近似仿真模型。3.34 稳态计算 Steady-state simulation一种近似计算，在数值仿真中把流动视为稳定流动，假设计算域内任意位置的物理量不随时间变化的计算，求解过程中不包含对时间的离散，所求得的是物理量稳定时的状态。3.35 瞬态计算 Unsteady-state simulation基于流场中的各项变量随时间改变的前提进行的计算，求解过程中包含对时间的离散，所求得的是物理量随时间发展的过程。3.36 N-S方程 Navier-Stokes equation描述牛顿流体动量守恒的运动方程组。3.37 LBM方法 Lattice-Boltzmann method对波尔兹曼方程进行离散求解，研究流体力学问题的一种方法。该方法在介于微观和宏观的层面，离散并求解分布函数，进而统计推导出速度、压力、密度等宏观物理量。3.38 雷诺平均模型 RANS Reynolds Averaged N-S model工程流体动力计算中使用最为广泛的一种湍流模型，其求解时间均值的N-S方程，其包括k-模型，k-模型及雷诺应力模型。k- 模型K- model两方程模型，求解湍流动能 k 和湍流耗散率。标准k- 模型 Standard k- modelk-模型的一种，特点是应用多，计算量适中，有较多数据积累和相当精度，但对于曲率较大、较强压力梯度、有旋问题等复杂流动模拟效果欠佳。重整化群k- 模型 Renormalization Group k-modelk-模型的一种，特点是能模拟射流撞击、分离流、二次流、旋流等中等复杂流动，但要受到旋涡粘性各向同性假设限制。可实现k- 模型 Realizable k-modelk-模型的一种，同重整化群k-模型基本一致，还可以更好地模拟圆孔射流问题，但要受到旋涡粘性各向同性假设限制。标准k-模型 Standard k-modelk-模型的一种，特点是对于壁面边界层、自由剪切流、低雷诺数流动较好，适用于逆压梯度存在情况下的边界层流动和分离、转捩。剪切应力传输k-模型
