汽车外CAS的CFD仿真：高效流程分享

汽车设计 涉及的CFD分析

1. 外CAS（Concept A Surface）即造型A面的流场分析
2. 空调管道除霜稳态分析
3. 空调管道除霜瞬态分析
4. 整车外流场和进气量分析
5. 机舱热管理 分析
6. 电池包分析

汽车外流场分析

1. 概述
   外流场分析 主要用于评价汽车空气动力性能，优化风阻和风噪等
2. 分析模型
   车身外CAS
   

1. 分析流程
   几何处理（ANSA）-网格划分 （ANSA导出nastran格式，到star ccm+画特征线）-边界条件设置（star ccm+）-生成体网格（star ccm+）-计算（提交超算平台 ）-后处理 （star ccm+）
2. 用到的软件
   前处理（ANSA或者Hypermesh）
   

边界条件设置和后处理（star ccm+）

1. 数据需求
   数模；外CAS数据，玻璃数据，车轮数据，车厢数据
   数据说明；外流场分析 需要CAS模型，玻璃模型和地面线
2. 外流场 分析具体步骤
1. ANSA前处理
   将CAD格式的模型导入到CAE软件后,模型的几何会发生穿透，干涉和断开等问题需要进行几何修复
   6.1.1 几何清理
   首先对模型进行Topo操作（软件会自动把断开，但是相距很近的几何连接到一起）
   之后对模型的每个部分划分PID，进行分块操作，PID按照汽车上各部件的名称划分，例如格栅，保险杠，A柱，车灯，机盖等。
   

1. 导入地面线

车轮和地面线接触的部分，可以用Topo menu 下的fuse命令生成，这里主要是为后续体网格生成时，软件好处理车轮和地面接触的边界层网格

1. 设置前挡风玻璃和左右侧玻璃的视野区
   为了后处理的时候能检测到前挡风玻璃主驾驶和副驾驶视野区的的风阻系数 和压力，所以要提前设置视野区的PID
   

1. 建立风洞
   风洞就是一个包住汽车模型的长方体盒子，用来模拟汽车的风洞试验
   之后需要在风洞的基础上设置边界条件 ，这时需要提前设置后风洞的PID，例如风洞进口设置为inlet,出口设置为outlet,其余设置为wall,注意风洞地面和地面线干涉的部分要删掉
   

1. 生成面网格，导出nastran 格式（方便后续导入到star ccm+上处理）
2. Star ccm+ 设置边界条件
   6.2.1 导入文件，标记特征边
   导入NAS格式的文件，点击launch repair are,进入修补界面，在此处按照PID标记特征边，因为导入的文件是网格格式，没有特征边，故这里需要重新标记，特征边是网格生成的边界，当区域网格质量不好需要重新生成时，特征边是不变的用来保持几何的外形，故应该根据模型的几何特征 标记好特征边，标记特征的操作如下，先鼠标单击要标记的网格边线，然后按下键盘上的G标记，按U则是取消已经标记好的特特征边，双击网格边线可以选中多条连续的边线
   

1. 面网格质量的检测和修复
   设置要check 的面网格质量标准，例如网格接近度（两个面网格形心的距离），和网格偏度（最长边和最短边 的比值），然后修复网格质量
   

1. 边界条件的设置
   将风洞入口设置为速度入口，填入速度数值
   将出口设置为压力出口
   将地面线设置为无滑移，风洞其他位置为无滑移
   

1. 物理模型和网格模型 建立
   选择要建模的物理模型，在模拟菜单中的连续体中右键新建物理模型
   依次选择
   K-Epsilon湍流
   三维
   两层y+壁面处理
   分离流
   单位质量 校正
   可实现的K-Epsilon 两层模型
   定常
   恒密度
   气体
   然后新建网格模型，设置边界层的基准尺寸为100mm，边界层厚度 为5，边界层增长率为1.2，边界层层数为6或者8，表面最小尺寸设置为2mm，最大尺寸设置为512mm
   

1. 设置局部加密区
   对于格栅，A柱和后视镜，尾流区，底盘，车身进行对应的几何加密，靠近风洞进口的部分体网格要密一点，故将A柱 和后视镜及格式的尺寸设置为2mm，前半部车身设为32mm,后半部车身设置为64mm
   

1. 建立车轮和风洞的坐标
   在工具的坐标系中右键新建笛卡尔坐标 ，遵循右手定则，每个车轮都要建立坐标系，根据甲方提供的车速和车轮半径，计算出车轮角速度填在壁面相对旋转 中。
   

1. 生成体网格 和提交文件到超算平台计算
   这里注意生成提网格的数量，如果加密区设置错误会生成过多体网格，导致计算机资源不够运算奔溃，一帮外CAS的体网格在千万级别，生成体网格后提交文件到超算平台计算，大概需要八九个小时
2. 后处理
   后处理是将计算结果用图形呈现的过程，是生成分析报告最重要的过程。要生成的报告包括
   车身表面压力云图
   

车身流线图

基于总压力为零的等值面上的湍动能云图

车身表面速度云图

截面速度云图

截面流线云图

风阻系数累积曲线图

1. 优化报告可以改善的位置

前唇位置

前保侧面位置

气帘通道

A柱装饰条和型面

后视镜

后轮前侧

后侧部位置

后保下侧

尾部扰流板