【Simerics技术动态】基于Simerics-MP+的DrivAer模型高效率高精度外气动仿真

2019-07-18 18:22发布




基于Simerics-MP+的DrivAer模型高效率高精度外气动仿真


1 . 背景介绍

汽车空气动力学作为汽车减阻降耗的关键性能指标越来越被车企所重视。为了降低研究代价,人们制作出外形类似汽车的小尺度模型,利用实验和计算手段围绕汽车的流动问题开展研究,积累汽车空气动力学理论知识,服务于汽车设计。最著名、最流行的有Ahemd、MIRA和DrivAer三种模型,DrivAer相比于其他模型更接近于实车,其外形与真车相同,面与面之间过度圆滑,有与真车形状相同的局部结构如后视镜、天线、车门、车窗、ABC柱等,车轮可以转动。因此全面研究DrivAer的气动性能,对整车研发更具借鉴意义。本文基于Simerics-MP+  RANS模型对DrivAer进行了外气动仿真,与已发表的实验和模拟数据进行了全面细致的比较,与试验吻合度高。结果表明,Simerics-MP+模拟结果与已发表的DES结果精度相当,在获得相同精度的条件下,其建模、计算时间大大减少。


2 . 模型介绍

DrivAer是奥迪A4和宝马3系车型的混合模型,用于推动车辆空气动力学数值计算和实验方法的发展,具有丰富公开的风阻实验数据和仿真数据。DrivAer分为三种车型:Fastback、Notchback、Estateback,如下图所示。


图1 DrivAer模型

3 . Simerics-MP+整车CFD方案

Simerics-MP+具备整车模拟专业模板,该模板可精确模拟车辆发动机前舱通风、 整车热管理、汽车涉水、 整车外气动性能等多方面的流动散热问题。Simerics-MP+结合了最新的CFD架构与Simerics公司特有的算法和物理模型,帮助客户快速获得计算结果。

模板功能特点包括:

  • 无需繁琐的几何清理,几何模型直接可用;

  • 网格生成模板化,一键式网格生成,自动多区块网格加密;

  • 模型设置模板化,包括多孔介质,风扇模型设置,边界条件的自动设置等;

  • 超快的建模能力,可节约3/4的建模时间;

  • 精确的计算结果,多个车型的试验验证。

4 . 模型结果分析



图2 Simerics一键式整车网格生成


下图为Notchback车顶压力系数仿真与实测值对比,可以看出两者吻合良好。其中有一个点(红色圆圈处)仿真与实测值存在较大差异,经分析是因为该点做实验时存在固定支架,而在仿真中并未考虑该结构。

图3 Notchback车Y=0截面车顶压力系数仿真与实测对比


图4 Notchback车Y=0截面车底压力系数仿真与实测对比



试验                                           仿真

图5 Notchback前车窗压力系数对比


试验                                           仿真

图6 Notchback后车窗压力系数对比


图7 Fastback车Y=0截面车顶压力系数仿真与实测对比


图8 Fastback车Y=0截面车底压力系数仿真与实测对比


图9 Estate车Y=0截面车顶压力系数仿真与实测对比


图10 Estate车Y=0截面车底压力系数仿真与实测对比


下表为Simerics仿真风阻数据与试验风阻数据的对比,可以看出,Simerics的仿真精度非常之高。


如下图所示,对于Estate车型的模拟,已有文献采用RANS模型预测精度较低,而采用DES模型精度较高,但计算效率低下。采用Simerics-MP+模拟的结果精度与DES模拟精度相当,但计算速度则快的多。在SimericsMP+中模拟,RANS模拟通常需要1000CPU-小时;而DES模拟需要36000CPU-小时。

图11 Estate不同模拟精度对比

5 . 小结

采用一种通用CFD方法模拟了3种DrivAer车型中:Fastback、Notchback、Estate;与已发表的实验和模拟数据进行了全面细致的比较,与试验吻合度高;

Simerics-MP+使用的网格划分和建模方法可以获得较高的精度,目前工作表明, Simerics-MP+模拟结果与已发表的DES结果精度相当;

在SimericsMP+中模拟,RANS模拟通常需要1000CPU-小时;而DES模拟需要36000CPU-小时;

高效和通用的方法可用于更快的性能评估与设计改进。


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