fluent汽车模型cfd模拟.doc

基于基于 FLUENT 的汽车模型的汽车模型 CFD 模拟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：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 模拟操作过程操作过程一、一、 单车模型单车模型（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 sizing function小车地面到地面的 sizing function 参数设为 start size：0.035，growth rate：1.15，max size：0.1；小车其他边到计算域边界参数设为 start size：0.035，growth rate：1.2，max size：20，如图 3。

图 3 sizing function 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 aspect ratio 大于 6 的有 13 个，edge ratio 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: Symmetry Inlet: Velocity inlet Outlet: Pressure outlet Ground: Wall Car_front: Wall Car_top: Wall Car_back: Wall Car_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 6 smooth/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 10 y+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、二、 双车模型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 19 0.5 倍车距前车、后车 Y+值图 20 1 倍车间距前车、后车 Y+值图 21 2 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 22 0.5 倍车间距前车、后车阻力系数和省力系数图 23 1 倍车间距前车、后车阻力系数和升力系数图 24 2 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 25 2 车压力图图 26 2 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、三、 单车带尾翼模型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 28 y+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。