【AICFD教程】汽车外气动仿真，小白学CFD的入门案例

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【教程】汽车外气动仿真，小白学CFD的入门案例

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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：
几何文件ahmed_car.stp介质25℃空气湍流模型可实现的k-epsilon模型边界条件入口流量：40 m/s；出口静压：0 Pa

图1 网格模型

2. 网格处理

2.1 新建工程

a. 启动AICFD 2024R1；

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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；
问题答案1.1 仿真场景中流体的数量11.2 流体类型是？气体1.3 流体材料Air at 25C1.4 流体在何种范围内流动物体外部1.5 物体的形状其他复杂形状1.6 其它复杂情况的特征长度1m1.7 是否关心流动随时间的变化情况不关注1.8 除流动外，是否关注下列物理现象以上都不关注

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；
问题答案2.1 流体速度大概是40m/s2.2 是否希望精细地对近壁面流体行为进行仿真？否2.3 是否关注下列流体现象？分离流/ 回流2.4 分离流的尺度？大2.5 是否属于汽车外气动场景？是

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

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；
问题答案3.2 是否存在壁面与流体间无摩擦力的情况？不存在3.3 是否存在运动的壁面？不存在3.4 壁面的粗糙度高度默认（0）m3.5 流速是否为给定条件？是3.6 输入流速40 m/s3.7 输入出口静压0 Pa3.8 入口/ 出口的湍流强度弱（推荐）

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18 前前处理 – 汽车外气动总结页面

1. 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19 初始化设置

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

图21 选择求解模式

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

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

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24 汽车阻力

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25 压力云图

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26 表面压力云图