CFD专栏丨HyperMesh CFD功能详解：虚拟风洞 Part 1

从v2023版本开始，虚拟风洞VWT（Virtual Wind Tunnel）模块合并到HyperMesh CFD中。

用户在VWT模块中完成LBM求解器ultraFluidX的前处理设置，导出参数文件XML和模型文件STL，并在GPU服务器上提交计算。

VWT目前支持三种分析场景：

• 空气动力学 Aerodynamics

• 风扇气动噪声 Fan Noise 

• 汽车乘员舱风噪 Green House Noise

确保模型的长度是m单位：

风洞只能平移，不能旋转，并规定地面为-Z, 风洞入口-X, 出口+X。

模拟不同的吹风角度，旋转STL模型。

汽车侧风10°模拟工况

模拟半模型，如果模型的对称面位于Y=0，只需要将风洞的Y_min或Y_max设置为0，将模型几何中心和风洞侧壁对齐，落在风洞外面的STL会被自动切除。用户无须切割STL模型的对称面。需要注意的是：风洞的宽度除以Far Field格子尺寸，必须是8的倍数，这样格子正好能在对称面对齐。

半模型通常用于汽车风噪的计算（0偏航角工况）。 

轮胎无须手动切割，移动地面高度，使得地面线略高于轮胎最低点。（调节悬架高度和风洞试验保存一致）

双击Tunnel的边，编辑风洞的尺寸。双击地面速度标志，编辑来流风速。

地面蓝色的虚线代表边界层抽吸的位置。

风洞的尺寸决定了计算域的大小，通常汽车外流场是60*40*20米，可以满足堵塞比和尾迹区充分发展的要求。风扇噪声须模拟声学无反射边界条件，例如空调外机的模型风洞尺寸为30*30*30米。由于Far Field的格子尺寸通常在256mm以上，远场的空间并不增加太多计算成本。

Enable BL Suction 地面边界层抽吸开关。抽吸位置须和实验一致，通常距离车头前方1~2米。从风洞入口到抽吸位置的地面为slip wall，无边界层厚度。抽吸位置的下游地面为no slip wall。在Run按钮中如果打开了moving ground开关，则地面移动速度和来流风速一样。默认的static ground选项会使地面有边界层厚度的累积。

地面移动系统，边界层抽吸设置对阻力/升力的预测有显著影响。

上图（moving ground），下图（static ground）

LES湍流人工扰动模型，基于Vortex Method原理。在指定空间位置产生湍动能，防止下游模型的光滑表面产生层流→湍流转捩。

num _ eddies 范围100~1000，length _ scale尺寸和扰动区的格子尺寸相当，高脉动湍流可设置turbulence _  intensity 为0.01。

上图（无湍流扰动），下图（上游有湍流扰动）

用户如果不特别指定，导入的STL部件默认都是Wall边界类型。 

Heat Exchanger 指定换热器，VWT会根据面法向自动确定阻力系数的方向（比如倾斜安装的换热器）。

Wheel 指定车辆轮毂旋转模型，rotating wall是最简单的一种方法，在轮胎和轮毂表面设置旋转壁面。MRF指定轮毂旋转空气区域，可以考虑离心力科氏力。

Fan模型指定风扇旋转区域，MRF和OSM方法都需要创建包裹叶轮的旋转区域。只有OSM模型叶轮是真实转动的。Virtual Fan模型无须叶片几何，而是用风扇的性能曲线换算为系数简化，对于管路的通风计算可以节省大量时间，但是不能用于捕捉叶片BPF相关的噪声。

换热器区域设置多孔介质的阻力系数：

三种旋转模型：旋转壁面 / MRF / Overset的计算精度和计算成本由低到高。

Overset模型将计算域分为背景流体和旋转区域，在动静交界面上格子部分重叠。

落在旋转区域的STL会自动切割并随之一起旋转，用户要防止静止部件落在旋转区域内造成的仿真错误。

Wheel按钮分别指定4个车轮和轮毂。VWT会识别旋转中心，并根据来流风速自动设置RPM。

风扇Overset旋转区域设定。由于动静交界面的计算成本较高，要尽量保持旋转区域具有较小的表面积。

Virtual Fan 在管路入口指定虚拟风扇区域。此区域必须包括在STL模型中，且是封闭体。

用户指定轮胎后，VWT会自动识别旋转中心和前后轴的离地高度。接着调整车身姿态和风洞实验保持一致。

换热器芯的面法向朝外，如果有相邻连接的管路，隐藏换热器芯后，管路也须封闭，否则格子会泄露到管路内。