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【研究前沿】网格和湍流对汽车CFD外流场结果影响有多大?

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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。    
          

1.研究方法


   
   
 
·   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。    
          

2. 研究发现


   

 

·   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。

·   增长率和单元类型对模拟结果的影响相对较小。
·   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。    
          
              
          
              

3.结论与建议


   

 

文章最终提供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。




来源:CFD饭圈
湍流通用汽车
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-08
最近编辑:1月前
CFD饭圈
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世界著名的CFD(计算流体力学)大牛(列举了大部分):1. 欧文·弗洛德 (Oscar Howard “Howie” West) - 美国 贡献:开发了最早的商业化CFD软件之一——FLUENT的原型,极大地推动了CFD技术在工业界的应用。2. 哈罗德·库塔 (Harold Kornhauser) - 美国 贡献:在CFD发展的初期,他在有限差分方法和湍流模型上做出了开创性工作。 3. 皮埃尔·勒雷 (Pierre-Louis Lions) - 法国 贡献:在变分方法和偏微分方程理论上做出杰出贡献,这些理论对现代CFD中的数值方法有深远影响。4. 克劳斯·瓦格纳 (Klaus Willhelm Wagner) - 德国 贡献:在边界层理论和湍流模拟领域有重大成就,尤其在壁面函数法方面。 5. 克劳斯·奥特 (Klaus Oberleithner) - 德国 贡献:在多相流和化学反应流的CFD建模上有重要贡献。 6. 乔治·帕拉库索斯 (George Em Karniadakis) - 希腊/美国 贡献:在随机动力学、高阶谱方法和生物流体力学的CFD模拟中取得了突破。 7. 斯蒂芬·肯尼迪 (Stephen B. Pope) - 英国/美国 贡献:在湍流模型尤其是雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型的开发和理解上有显著成果。8. 克里斯托弗·A·福克纳 (Christopher A. Fox) - 英国 贡献:在大规模并行CFD算法和网格生成技术方面做了大量工作。 9. 让-克洛德·赫斯 (Jean-Claude Hérard) - 法国 贡献:在无粘流体动力学及复杂几何形状流动问题的数值模拟中有重要贡献。 10. 马修·卡彭特 (Matthew J. Carpenter) - 英国 贡献:在混合RANS-LES方法(如SA/DES)的发展中起到关键作用。11. 约翰·霍顿 (John H. Harlow) 和 温弗雷德·韦瑟利 (Wendell H. Nagel)- 美国 贡献:提出了哈洛-韦瑟利方法,这是最早应用于CFD的有限差分格式之一。12. 尼尔斯·尼奎斯特 (Nils E. Niquist) - 瑞典 贡献:在快速傅立叶变换(FFT)在CFD中的应用及高效数值方法方面有重要工作。13. 格伦·米尔斯坦 (Glenn I. Moukalled) - 美国/黎巴嫩 贡献:在CFD教育和开源软件OpenFOAM的推广使用上有显著影响。14. 艾伦·泰勒 (Alan W. Taylor) - 英国 贡献:在直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)等领域有重要研究。15. 大卫·C·威尔逊 (David C. Wilcox) - 美国 贡献:在RANS湍流模型特别是k-ω SST模型的建立和发展上有很大贡献。 16. 詹姆斯·H·斯特朗(James H. Strang) 贡献:以其在有限元法(FEM)在流体力学中的应用而闻名。 17. 詹姆斯·L·麦克唐纳 (James L. McDonough Jr.) - 美国 贡献:在计算流体动力学的基础理论、边界条件处理以及CFD代码开发方面做出了重要工作,尤其是在NASA工作期间,他的研究成果对航天飞行器设计中的流体动力学分析产生了重要影响。18. 查尔斯·H·科尔曼 (Charles H. Coleman) - 美国 贡献:在发展适用于工程应用的高效CFD算法方面有显著贡献,特别是在求解复杂流动问题时使用的多重网格加速技术。19. 伊戈尔·阿鲁秋年 (Igor A. Arutunian) - 俄罗斯 贡献:在计算流体力学的理论与应用研究中有着深厚造诣,特别是在高超声速流、激波与边界层相互作用以及稀薄气体动力学等领域的CFD模拟方法发展上做出了突出贡献。20. 约翰·V·韦尔(John V. Wehausen) 贡献:在船舶流体力学和水动力学方面的研究十分卓越,其工作也促进了CFD在海洋工程中的应用。 21. 西奥多·冯·卡门(Theodore von Kármán) 贡献:尽管他主要以航空工程和湍流理论著称,但其工作对于理解复杂流体流动和现代CFD的发展具有深远的影响。 22. 彼得·兰杰(Peter A. Lax) 贡献:他在偏微分方程数值解法方面的贡献间接推动了CFD的发展。 23. 莱昂纳德·巴罗斯(Leonard J. P. Babuška) 贡献:在有限元分析和误差估计方面的工作对CFD数值方法的严谨性和可靠性提供了基础。 24. 克莱夫·皮尔斯(Clive S. Spalding)和罗伊·查普曼(Roy C. Chapman) 贡献:两人共同提出了Spalding-Chapman关联,这是用于近壁区流动模拟的重要模型。 25. 贾科莫·博里奥(Giacomo Poietti)和众多其他科研人员 贡献:他们在开发高效CFD代码如OpenFOAM方面扮演了重要角色。 来源:CFD饭圈

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