CN110688805A - 一种汽车外流场流动数值的分析方法 - Google Patents
一种汽车外流场流动数值的分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110688805A CN110688805A CN201911001823.5A CN201911001823A CN110688805A CN 110688805 A CN110688805 A CN 110688805A CN 201911001823 A CN201911001823 A CN 201911001823A CN 110688805 A CN110688805 A CN 110688805A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- automobile
- flow field
- calculation
- vehicle
- external flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 7
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
本发明公开了一种汽车外流场流动数值的分析方法，包括以下步骤：(1)采用三维CAD软件依据某真实车型全尺寸数据进行模型构造，整车长L＝4.6m，车宽W＝20m，车高H＝1.4m,轴距B＝16m，(2)设置计算区域Ω，汽车外流场的整体计算区域设置为：Ω＝7L*7W*4H＝325mX14.2mX5.7m,平面z＝0m为车体对称面，坐标原点位于车体前端在地面的投影处，(3)对计算区域Ω进行非结构网格剖分，经剖分后，非四面体网格总数约1.2×107，自由度约为DOF＝1.03×107，车身附近网格尺寸达到毫米量级。本发明一种汽车外流场流动数值的分析方法，极大化的降低了数值计算巨大规模，提高其精确性，并且在数千核处理器条件下任然具有很好的并行可拓展性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车外流场流动数值技术领域，具体涉及一种汽车外流场流动数值的分析方法。
背景技术
随着地球上日益枯竭的石油资源,石油价格持续上涨,目前,越来越多的国家关注于汽车的空气动力学性能,以期能够提高汽车的燃油经济性，随着计算机技术的飞速发展,CFD技术被越来越多地应用到了汽车设计中，借助于CFD软件可以对汽车外流场进行数值模拟,从而得到车身表面的压力分布,外流场的速度和压力分布,以及求出车身受到的气动阻力和气动升力值、风阻系数和升力系数等，能够通过图形直观地显示出汽车的空气动力性能,并可以依据此来对车身的造型设计进行指导,这对于降低成本,缩短研发周期,提高产品的自主开发设计能力具有重要的意义。
目前现有的汽车外流场流动数值的分析方法，受外型复杂、雷诺数高等因素影响，汽车外流场流动的数值计算规模巨大且难以精确求解。发展高效并行算法以利用超级计算平台资源来数值求解外流问题成为该领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车外流场流动数值的分析方法以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种汽车外流场流动数值的分析方法，包括以下步骤：
(1)采用三维CAD软件依据某真实车型全尺寸数据进行模型构造，整车长L＝4.6m，车宽W＝20m，车高H＝1.4m,轴距B＝16m；
(2)设置计算区域Ω，汽车外流场的整体计算区域设置为：Ω＝7L*7W*4H＝325mX14.2mX5.7m，平面z＝0m为车体对称面，坐标原点位于车体前端在地面的投影处；
(3)对计算区域Ω进行非结构网格剖分，经剖分后，非四面体网格总数约为1.2×107，自由度约为DOF＝1.03×107，车身附近网格尺寸达到毫米量级。
(4)对计算区域即离散后的网格进行分区，以使用区域分解方法构造适当的预条件子；
(5)流体取25摄氏度标示准大气压下的空气，密度ρ＝1.185Kg/m3,动力粘度系数μ＝1.183×10-5Kg/m3，设进口速度Vin＝30t,时间步长Δt＝0.01S,计算1s内流场的変化情况，算法中的线性和非线性求解器的相対收敛误差分別取为10-4和10-6，分別取μt＝30m/s为特征速度，车高H＝1.41m为特征长度度，计算雷洛数：
优选的，所述步骤(2)中的计算区域Ω的的选取与计算问题有关，必须足够大以尽量避免区域壁面对车体外流场的影响，同时还要兼顾整体计算量的大小，此外，在剖分网格时，为保证计算精度，生成的网格需涵盖整个车体复杂结构的所有主要表面特征，即所谓的包面技术。包面技术在进行外流场计算时十分重要，是能够实现复杂模型外流场计算的关键所在。因此，网格在车体表面往往需要加密至极小。
优选的，所述步骤(2)中尾流出口边界应距步骤(1)中建立的车模型5－10倍车高。
优选的，所述步骤(3)中在划分网格时，对车体壁面等对流体运动影响较大的，以及尾流区等对汽车气动分析关系密切的区域进行加密处理。
优选的，所述步骤(4)中网格分区为的个数与处理器个数相等,且各个分区所计算的自由度个数近似相同以达到负载平衡。
优选的，所述步骤(4)中通过调用开源软件包ParMETIS进行网格分区。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过整车模型构造，设置计算区域Ω，进行网格剖分和网格分区，然后算法中的线性和非线性求解器的相対收敛误差分別取为10-4和10-6。分別取μt＝30m/s为特征速度，车高H＝1.41m为特征长度度，计算雷洛数，这样的汽车外流场流动数值的分析方法，极大化的降低了数值计算巨大规模，提高其精确性，并且在数千核处理器条件下任然具有很好的并行可拓展性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种汽车外流场流动数值的分析方法，包括以下步骤：
(1)采用三维CAD软件依据某真实车型全尺寸数据进行模型构造，整车长L＝4.6m，车宽W＝20m，车高H＝1.4m,轴距B＝16m；
(2)设置计算区域Ω，汽车外流场的整体计算区域设置为：Ω＝7L*7W*4H＝325mX14.2mX5.7m，平面z＝0m为车体对称面，坐标原点位于车体前端在地面的投影处；
(3)对计算区域Ω进行非结构网格剖分，经剖分后，非四面体网格总数约为1.2×107，自由度约为DOF＝1.03×107，车身附近网格尺寸达到毫米量级。
(4)对计算区域即离散后的网格进行分区，以使用区域分解方法构造适当的预条件子；
(5)流体取25摄氏度标示准大气压下的空气，密度ρ＝1.185Kg/m3,动力粘度系数μ＝1.183×10-5Kg/m3，设进口速度Vin＝30t,时间步长Δt＝0.01S,计算1s内流场的変化情况，算法中的线性和非线性求解器的相対收敛误差分別取为10-4和10-6，分別取μt＝30m/s为特征速度，车高H＝1.41m为特征长度度，计算雷洛数：
步骤(2)中的计算区域Ω的的选取与计算问题有关，必须足够大以尽量避免区域壁面对车体外流场的影响，同时还要兼顾整体计算量的大小，此外，在剖分网格时，为保证计算精度，生成的网格需涵盖整个车体复杂结构的所有主要表面特征，即所谓的包面技术。包面技术在进行外流场计算时十分重要，是能够实现复杂模型外流场计算的关键所在。因此，网格在车体表面往往需要加密至极小，步骤(2)中尾流出口边界应距步骤(1)中建立的车模型5－10倍车高。
骤(3)中在划分网格时，对车体壁面等对流体运动影响较大的，以及尾流区等对汽车气动分析关系密切的区域进行加密处理。
步骤(4)中网格分区为的个数与处理器个数相等,且各个分区所计算的自由度个数近似相同以达到负载平衡，步骤(4)中通过调用开源软件包ParMETIS进行网格分区。
通过整车模型构造，设置计算区域Ω，进行网格剖分和网格分区，然后算法中的线性和非线性求解器的相対收敛误差分別取为10-4和10-6。分別取μt＝30m/s为特征速度，车高H＝1.41m为特征长度度，计算雷洛数，这样的汽车外流场流动数值的分析方法，极大化的降低了数值计算巨大规模，提高其精确性，并且在数千核处理器条件下任然具有很好的并行可拓展性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用三维CAD软件依据某真实车型全尺寸数据进行模型构造，整车长L＝4.6m，车宽W＝20m，车高H＝1.4m,轴距B＝16m；
(2)设置计算区域Ω，汽车外流场的整体计算区域设置为：Ω＝7L*7W*4H＝325mX14.2mX5.7m，平面z＝0m为车体对称面，坐标原点位于车体前端在地面的投影处；
(3)对计算区域Ω进行非结构网格剖分，经剖分后，非四面体网格总数约为1.2×107，自由度约为DOF＝1.03×107，车身附近网格尺寸达到毫米量级。
(4)对计算区域即离散后的网格进行分区，以使用区域分解方法构造适当的预条件子；
(5)流体取25摄氏度标示准大气压下的空气，密度ρ＝1.185Kg/m3,动力粘度系数μ＝1.183×10-5Kg/m3，设进口速度Vin＝30t,时间步长Δt＝0.01S,计算1s内流场的変化情况，算法中的线性和非线性求解器的相対收敛误差分別取为10-4和10-6，分別取μt＝30m/s为特征速度，车高H＝1.41m为特征长度度，计算雷洛数：
2.根据权利要求1所述的一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中的计算区域Ω的的选取与计算问题有关，必须足够大以尽量避免区域壁面对车体外流场的影响，同时还要兼顾整体计算量的大小，此外，在剖分网格时，为保证计算精度，生成的网格需涵盖整个车体复杂结构的所有主要表面特征，即所谓的包面技术。包面技术在进行外流场计算时十分重要，是能够实现复杂模型外流场计算的关键所在。因此，网格在车体表面往往需要加密至极小。
3.根据权利要求1所述的一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中尾流出口边界应距步骤(1)中建立的车模型5－10倍车高。
4.根据权利要求1所述的一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中在划分网格时，对车体壁面等对流体运动影响较大的，以及尾流区等对汽车气动分析关系密切的区域进行加密处理。
5.根据权利要求1所述的一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中网格分区为的个数与处理器个数相等,且各个分区所计算的自由度个数近似相同以达到负载平衡。
6.根据权利要求1所述的一种汽车外流场流动数值的分析方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过调用开源软件包ParMETIS进行网格分区。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911001823.5A CN110688805A (zh) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 一种汽车外流场流动数值的分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911001823.5A CN110688805A (zh) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 一种汽车外流场流动数值的分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110688805A true CN110688805A (zh) | 2020-01-14 |
Family
ID=69113475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911001823.5A Pending CN110688805A (zh) | 2019-10-21 | 2019-10-21 | 一种汽车外流场流动数值的分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110688805A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113178003A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-27 | 杭州新迪数字工程***有限公司 | 基于3d模型的自动流场提取方法 |
| CN113392568A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-09-14 | 北京航空航天大学 | 飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104361174A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 芜湖杰诺瑞汽车电器***有限公司 | 汽车交流发电机噪声模拟计算方法 |
-
2019
- 2019-10-21 CN CN201911001823.5A patent/CN110688805A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104361174A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-02-18 | 芜湖杰诺瑞汽车电器***有限公司 | 汽车交流发电机噪声模拟计算方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| 张奇等: "基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述", 《农业装备与车辆工程》 * |
| 徐勋等: "汽车外流场数值模拟", 《内燃机》 * |
| 李楚琳等: "车身外流场数值模拟", 《湖北汽车工业学院学报》 * |
| 闫争争 等: "基于数千核计算平台的汽车外流场可扩展并行数值模拟", 《制造业自动化》 * |
| 闫争争等: "一种求解汽车外流场问题的可扩展数值算法", 《集成技术》 * |
| 陈荣亮等: "高可扩展区域分解算法及其在流体模拟和优化问题中的应用", 《中国科学:数学》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113178003A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-27 | 杭州新迪数字工程***有限公司 | 基于3d模型的自动流场提取方法 |
| CN113392568A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-09-14 | 北京航空航天大学 | 飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法 |
| CN113392568B (zh) * | 2021-08-17 | 2021-10-29 | 北京航空航天大学 | 飞行器气动特性并行模拟中动态计算域的负载平衡方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| He et al. | Robust aerodynamic shape optimization—from a circle to an airfoil | |
| Reuther et al. | Aerodynamic shape optimization of supersonic aircraft configurations via an adjoint formulation on distributed memory parallel computers | |
| Coirier et al. | An accuracy assessment of Cartesian-mesh approaches for the Euler equations | |
| Park et al. | Unstructured grid adaptation: status, potential impacts, and recommended investments towards CFD 2030 | |
| Shamsoddin et al. | Large-eddy simulation of atmospheric boundary-layer flow through a wind farm sited on topography | |
| Kim et al. | Isogeometric analysis with trimming technique for problems of arbitrary complex topology | |
| CN112016167B (zh) | 基于仿真和优化耦合的飞行器气动外形设计方法及*** | |
| Magagnato | KAPPA-Karlsruhe parallel program for aerodynamics | |
| Poole et al. | Control point-based aerodynamic shape optimization applied to AIAA ADODG test cases | |
| CN106981097A (zh) | 一种基于分区局部光顺权因子的t样条曲面拟合方法 | |
| CN105528503A (zh) | 一种基于结构分解的大型构件动态优化设计方法 | |
| CN109444350A (zh) | 一种基于无人机的大气污染物监测传感器的布局方法 | |
| Pan et al. | Upwind finite-volume Navier-Stokes computations on unstructured triangular meshes | |
| CN110688805A (zh) | 一种汽车外流场流动数值的分析方法 | |
| CN110032756A (zh) | 基于流函数分数坐标系变换的流动边界层数值分析方法 | |
| Lakshmipathy et al. | Assessment of alternative formulations for the specific-dissipation rate in RANS and variable-resolution turbulence models | |
| CN112528569A (zh) | 基于数字孪生的工业加热炉温度场预测方法 | |
| Rumpfkeil et al. | Multi-fidelity surrogate models for flutter database generation | |
| CN115470731A (zh) | 一种基于微气象的风场风电功率预测方法及*** | |
| CN115525980A (zh) | 一种再入飞行器气动外形的优化方法和优化装置 | |
| Abergo et al. | Aerodynamic shape optimization based on discrete adjoint and RBF | |
| CN108287974A (zh) | 面向土地利用变化元胞自动机模拟精度的耦合评价方法 | |
| Ghate et al. | Efficient Hessian calculation using automatic differentiation | |
| Turkiyyah et al. | Fast vortex methods for predicting wind-induced pressures on buildings | |
| CN109635370A (zh) | 开裂式阻力方向舵静气动弹性特性分析方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200114 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |