【研究前沿】网格和湍流对汽车CFD外流场结果影响有多大?
这篇文章是2024年4月发表在《Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics》。 通过计算流体动力学(CFD)模拟,深入研究DrivAer汽车模型的空气动力学特性,重点关注阻力(拖拽系数CD)和升力(升力系数CL)。研究背景基于汽车行业对燃油效率和排放减少的持续关注,其中空气动力学优化是关键环节。DrivAer模型作为一个通用且逼真的汽车车身模型,已成为学术和工业界空气动力学研究的基准。 · 本文首先通过风洞(WT)测试获得实验数据,随后利用CFD模拟对这些数据进行验证。· 研究方法包括对CFD模拟中的关键参数进行敏感性分析,这些参数涉及网格分辨率、网格层数、第一层网格高度、增长率、单元类型、上游和下游距离、湍流模型和数值方法。· 通过系统性研究,文章提出了一套最佳网格生成的指南,并发现混合RANS-LES方法在模拟汽车空气动力学力量时提供了一个准确且经济的折衷方案。 · 网格分辨率、第一层网格高度和总网格层高度对CD和CL的预测有显著影响。
· 在上游和下游距离的选择上,研究发现对于给定的边界条件,存在一个临界距离,超过该距离后,CD和CL的变化趋于稳定。· 湍流模型的选择对CD的影响不大,但对CL的预测有显著差异。SST(剪切应力传输)k-ω模型在预测CL时表现最佳。· 相比于传统的RANS模型,混合RANS-LES和LES方法在预测CD和CL时与风洞数据的一致性更好。 文章最终提供了一系列针对汽车空气动力学CFD模拟的推荐实践,旨在帮助研究人员和从业者提高模拟的准确性和可靠性。特别地,文章强调了在模拟中考虑实际风洞测试条件的重要性,并推荐使用混合RANS-LES方法来获得更准确的空气动力学力量预测。尽管LES方法在预测准确性上优于混合RANS-LES方法,但其计算成本显著更高。因此,混合RANS-LES方法在准确性和计算成本之间提供了一个较好的平衡。