汽车外流数值模拟.docx
- 文档编号:30026665
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:1.27MB
汽车外流数值模拟.docx
《汽车外流数值模拟.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《汽车外流数值模拟.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
汽车外流数值模拟
机械学院1206班王栋1200561
汽车外流数值模拟
一、学习目的:
1.学会利用Gambit创建几何模型,生成合格质量的网格。
2.学会利用Fluent执行CFD程序,得到y+值的车体,以及一些基本的数值数据,如、静压区,速率区和阻力与速度的升力系数。
二、程序:
打开Gambit
第一步:
创建几何模型
a)输入在作业B中表格1提供的点坐标来建立车体的顶点。
b)使用NURBS创建车体边缘。
c)创建车体的面(定义为Face1)。
d)创建计算领域的顶点(见表格2)。
e)创建计算领域的4条边。
f)利用矩形的4条边创建计算领域的面(定义为Face2)。
g).利用Boolean运算从Face2减去Face1。
注意:
不要保持retainFace1。
h)作为单独的几何文件保存数据:
File→SaveAs,…打开SaveAs列:
在ID窗口,输入文件名例如1-car-geo,然后点击Accept.
注意:
A.dbs数据库文件,例如1-car-geo.dbs应保存在Gambit运行文件夹里,例如D:
\Temp
第二步:
创建网格
a)Edgemesh是车体的边缘。
为简单起见,我们使用统一的网格运算法则。
图1显示车体的每边网格数量,以供参考。
图1车体每边的网格数量
b)创建边界层网格
Mesh→BoundaryLayer,打开CreateBoundaryLayerl:
-U选择Definition
对于Algorithm,选择Uniform作为默认设置
对于Firstrow(a),输入:
0.0029
对于Growthfactor(b/a),输入:
1.09
对于Rows(层的数量),输入:
6
选择Wedgecornershape.
注意:
边界层网格的Firstrow(a)值的计算在实验指导第五页上。
在Attachment现在边缘用Shift_left-clicking创建车体.点击后边界层将创建在每一个边缘上。
然而,你将会注意到边界层流未能形成的四棱,会同最大值A组和B组(见图1)。
这是由于类型的最大值,A和B被默认为“结束”的类型,而不适合形成边界层为这个特殊的几何形状。
我们需要改变类型的最大值,从“尽头”“侧”。
图二显示程序类型的变化中的一个特定的顶点到一个“侧型”。
改变顶点类型后,返回到CreateBoundaryLayer,你将会看到所有的边界层已经创建,点击Apply完成。
图2改变顶点类型.
c)创建一个制定标准
Tools→SizeFunction→CreateSizingfunction:
-在Type下,选择Fixed
-在Entities下:
然后点击Shift_click使所有的边缘面对像地面。
在Attachment,选择Faces,然后点击面模型。
-在Parameters:
在Startsize,输入0.0035
在Growthrate:
输入1.15
在Max.size,输入:
0.1
-然后点击Apply.(这创造了一个尺寸功能)
重复上述过程创造第二个大小的功能,剩下的边缘使用下列参数。
在Startsize,输入:
0.0035
在Growthrate:
输入1.2
在Max.size,输入:
20
d)创建面网格
Mesh→Face→MeshFaces
点击Shift_left选择Face
在Elements,选择Tri
选择Spacing(这是为了让大小函数来确定最佳网格)
点击Apply.
第三步:
检查网格特性
点击ExamineMesh图标(就是在右下角)打开ExamineMesh列
在DisplayType下,
o选择:
Range,
o选择2Delement,分别点击Quad.和Tri.,
在Quality类型下,选择EquiAngleSkew
点击Slider按钮然后按钮下滑到右边.
同时在GambitGraphics观察元素位置和在ExamineMesh中间紧挨着ActiveElements的突出点的数量同时在Lower窗口观察EquiAngleStew显示的值
EquiAngleSkew的值最好是0,四边形元素值不应超过0.85,三角形单元素值不超过0.9%,。
对于四边形元素,你也检查一下AspectRatio的幅度,从一到六,1最好,6最差。
注:
然而,对边界层网格,长宽比的增大,可以比未经连带妥协的准确性的数值解决方案。
这取决于流体边界层条件和计算模型,用于流利的数值模拟计算。
点击Close退出ExamineMesh
第四步:
指定边界类型
Zones→SpecifyBoundaryTypes
Specify:
Sky:
Symmetry
Inlet:
Velocityinlet
Outlet:
Pressureoutlet
Ground:
Wall
Car_front:
Wall
Car_back:
Wall
指定车体的每个部分分别作为wall,这样灵活计算。
第五步:
保存数据,输出2D网格文件
File→SaveAs…,打开SaveAs:
在ID窗口,输入文件名称例如1-Car-mesh
然后点击Accept.
File→Export→Mesh…打开ExportMeshFile
确认点击Export2-D(X_Y)Mesh
然后点击Accept.
第六步:
退出Gambit
File→Exit→Yes
额外话题–估计网格点位置
Inordertogeneratethemeshintheboundarylayers,itispracticaltocomputethedistanceofthefirstlayer1y,usingthefollowingprocedure:
为了创造了网格的边界层,是实用计算的第一层
距离,用下列步骤
♦估计表面摩擦系数
,基于近似相关性:
对于平面:
/2=0.0359Re
,雷诺数由地板长度决定。
♦计算摩擦速率:
=
ρ=U∞
U∞是自由气流速率
♦退回所需距离:
y1=250U/ρ
μ是动力黏度,ρ是流体密度
注意:
y1的估计值被用来做生成边界层网格的第一行的值,例如:
Firstrow(a)值=y1
在Fluent
第一步:
打开Fluent,读取.msh文件
注意:
选择2ddp(这表示2D空间,双精度)
第二步:
检查GridandSmooth/SwapGrid
Grid→Check
注意:
注意到最低限度,不能是负的
Grid→Smooth/Swap
-在Smooth/SwapGrid菜单,重复点击SmoothandSwap按钮直到Fluent出现“Nonodemoved,smoothingcomplete”and“Numberfacesswapped:
0”.
第三步:
显示网格(程序在作业1)
第四步:
定义模型
Define→Models→Viscous…,选择:
k-epsilon[2eqn],点击OK.
注意:
(1)注意Cmu(
)值是0.09.这个
值将用来计算模型的入口边界条件。
(2)在Near-WallTreatment下,有三个wall功能的表用于k-ε模型系统默认是“StandardWallFunction”,这些用于分析基于StandardWallFunction的系统默认
边界层网格Fluent也提供User-definedWallFunctions的选项。
第五步:
定义边界条件
Define→BoundaryConditions…打开BoundaryConditions菜单:
-在BoundaryConditions菜单,我们定义以下设置:
(A)入口:
在Type,选择inlet,在Gambit呗设定为VelocityInlet
点击Set打开VelocityInlet菜单
输入表3提供的设置,点击OK.
注意:
入口TurbulenceKineticEnergyinletk和Dissipation
Rateinletε的值由Eqs.6.18&6.19用来计算。
(B)出口:
在Type,选择outlet,在Gambit被设置为Pressureoutlet,
点击Set打开PressureOutlet菜单
输入表4提供的设置,点击OK
(C)地面:
在Type,选择ground,在Gambit呗设置为Wall
点击Set打开Wall菜单
输入表5提供的设置,点击OK.
-在BoundaryConditions菜单,点击Close退出。
-
表3在VelocityInlet菜单设置Inlet边界
表4在PressureOutlet菜单设置Outlet边界
表5在Wall菜单设置Ground边界
第六步:
求解模型
(1)打开Residual监控,选择Plot,留下剩余设置作为默认,退出。
(2)初始化
Solve→Initialize,接下来同样的程序见作业1。
(3)迭代
Solve→Iterate,
输入一个小的跌代数:
20.
点击Iterate.
(4)打开Force监控:
Solve→Monitors→Force…打开ForceMonitor:
在Options,标记Plot.
在WallZones,选择所有的组成车体的walls
在Coefficient,选择Drag
然后点击Apply.
(5)迭代
Solve→Iterate,
输入迭代数:
300.
点击Iterate.
Note:
(1)观察残余图,应减少稳定的迭代:
(2)观察ForcemonitorforDrag应接近一个常数。
(3)如果Drag图并不水平,你将需要减少剩余价值标准的连续性方程和动量方程x和y,然后继续循环,直到拖变成一种常态。
第七步:
保存CFD数据
保存实例和数据文件:
File→Write→Case&Data…打开SelectFile窗口
给一个文件名称(你可以利用现有的名称或给不同的名字);然后点击OK;
第八步:
在CFD进行后处理
A)绘制车体的y+曲线图
Plot→XYPlot,打开X-YPlot菜单.:
在YAxis功能下选择Select:
Turbulence,andYplus
在Options,不要选择NodalValues;
在Surfaces,选择组成车体的所有walls
点击Plot.y+曲线图将会出现在graphics窗口
注意:
y+的值的大部分在50~300之间.
B)获得阻力系数和升力系数
(1)获得阻力系数
为了计算阻力系数,我们需要设置汽车的最大截面。
一辆汽车的最大截面是直接反对自由流空气流动方向的区域,例如:
FrontalArea=max.HeightxWidth(m2).
对于2D模型,theWidth是单位长度,因此汽车模型的最大截面是.
FrontalArea=max.Heightx1(m2)=0.302(m2).
-在Fluent输入值:
Report→ReferenceValues…打开ReferenceValue菜单(见表6):
在ComputeFrom,选择:
inlet
在ReferenceValues,输入:
0.302forArea[m2]
点击OK关闭菜单
-在Fluent计算阻力系数和升力系数:
Report→Forces…,打开ForceReports菜单(见表7)
在ForceVector,输入X:
1,和Y:
0
在WallZones,除了地面选择所有的wall.
点击Print,然后在FluentTranscript窗口读这份报告
你也可以保存这个报告为一个文本文件,通过点击Write…
然后在弹出的窗口里,输入报告文件名,例如:
DragForce_1car.txt,t然后点击OK.
Note:
ThereportissavedasaplaintextfileintheFluentworkingfolderwhere
thecorresponding.casand.datfilesare.注:
上述报告在Fluent理被存储为.cas和.dat格式的文本文件。
表6.在ReferenceValues里设置阻力系数的参考值
表7在ForceReport菜单设置阻力报告
(2)获得升力系数
在Fluent,你可以用同样的程序计算升力系数,利用maxlengthofthecar作为参考面积值(见表8),得出Y方向的力矢量(见表9)
表8.在ReferenceValues菜单设置升力系数参考值
表9.在ForceReport菜单设置升力报告.
C)获得静压值、速率、湍动能
程序和作业A一样
第九步:
退出Fluent
File→Exit
三、实验分析
Y+检验
绘制汽车周围的y+,可以看到y+大部分分布在50-300之间,说明第一层网格大小尺寸合适,可以用于后续模拟计算。
阻力系数和升力系数讨论
由下图可知牵阻力系数Cd=0.4898918,升力系数Cf=-0.186823。
压强、湍动能、速度讨论
压强分布图
湍动能分布图
速度云图
速度矢量图
从压强云图可以看出,在车底部压强相对车顶部较小,这样车才才能安全形式,产生较大的动摩擦力。
车最前端压强最大,这是因为该处气体速度最小。
对比静压强云图和速度云图可以看出,速度较大的地方,压强较小。
车尾部形成很大的低速区域。
湍动能云图可见,在车前端湍动能较大,这是因为该部分是最先和空气接触的部位,空气流动波动非常大,产生的脉动速度也相应较大。
汽车带尾翼情况分析
Y+检验
绘制带尾翼汽车周围的y+,可以看到y+大部分分布在50-300之间,说明第一层网格大小尺寸合适,可以用于后续模拟计算。
阻力系数和升力系数讨论
由上图可知阻力系数Cd=0.6493,升力系数Cf=-0.58390438。
压强、湍动能、速度讨论
压强云图
湍动能分布图
速度云图
速度矢量图
从压强云图可以看出,在车底部压强相对车顶部较小,这样车才才能安全形式,产生较大的动摩擦力。
车最前端压强最大,这是因为该处气体速度最小。
尾翼的上部比下面的压强要大。
对比静压强云图和速度云图可以看出,速度较大的地方,压强较小。
车尾部和尾翼部分形成很大的低速区域。
湍动能云图可见,在车前端湍动能较大,这是因为该部分是最先和空气接触的部位,空气流动波动非常大,产生的脉动速度也相应较大。
尾翼部分的湍动能比较小,空气流动波动小,产生的脉动速度也相应较小。
两辆车运行情况比较
Y+检验
绘制汽车周围的y+,可以看到y+大部分分布在50-300之间,说明第一层网格大小尺寸合适,可以用于后续模拟计算。
压强、湍动能、速度讨论
Car1压力云图
Car2压力云图
Car1湍动能云图
Car2湍动能云图
Car1速度云图
Car2速度云图
我的学号后两位6-1=5
两个车距离:
5*0.1=0.5
两辆车的速度矢量云图
从压强云图可以看出,在两车车底部压强相对车顶部较小,这样车才才能安全形式,产生较大的动摩擦力。
第一辆车最前端压强最大,这是因为该处气体速度最小。
第二辆车的最强断臂第一辆车的最前端压力较小,是因为有第一辆车的阻挡导致的。
对比静压强云图和速度云图可以看出,速度较大的地方,压强较小。
车尾部形成很大的低速区域。
其中,第二辆车前端速度小于第一辆车的前端速度。
湍动能云图可见,在车前端湍动能较大,这是因为该部分是最先和空气接触的部位,空气流动波动非常大,产生的脉动速度也相应较大。
第二辆车的前端湍动能明显小于第一辆车的前端湍动能。
阻力系数和升力系数讨论
第一辆汽车的阻力系数
第二辆汽车的阻力系数
第一辆汽车的升力系数
第二辆汽车的升力系数
阻力系数
升力系数
单车模型
0.6493
-0.58390438
前车模型
0.42424862
-0.077858511
后车模型
0.068433602
-0.24847486
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 汽车 外流 数值 模拟