奥迪汽车三维外流场案例
引 言
本期以奥迪汽车三维外流场为主题，整个外流场采用Fluent解算，导出稳态流场计算数据cgns结果文件，XField完成三维流场解算数据后处理。
在阅读全篇前让我们先一睹XField对奥迪汽车外流场的后处理可视化效果。展示内容主要包括表面模式速度矢量场、中心模式速度矢量场、流线、云图及等值面可视化显示。
1. 案例背景
据统计，燃油车在高速行驶过程中气动阻力相当于滚动阻力的2～3倍，用于克服气动阻力的燃油消耗量占总油耗32％以上，当气动阻力系数降低30％时可以降低12％左右的油耗，目前国内外主机厂对乘用车气动阻力的研究和应用已经非常深入。
在之前传统的汽车空气动力学研究中，大多采用风洞试验实测方法，但是这种方法耗资巨大。随着计算机仿真技术和湍流理论的发展，计算流体力学（CFD）方法 正被越来越多地运用到汽车空气动力学研究中，汽车外流场仿真就是利用数值模拟的方法对汽车行驶中的空气动力学特性进行分析，CFD方法与传统风洞试验研究方法相结合，可有效地改善空气动力性能，节约开发经费和提高设计效率。
< 图1 汽车风洞试验场景 >
2.仿真计算
2.1
几何前处理
由于奥迪汽车的几何形状具有明显的对称性质，故取二分之一模型进行计算，可以显著减少计算的复杂度和计算资源的消耗。本次计算不考虑车轮真实旋转，但考虑轮胎受力会接触地面，因此将轮胎向地面延伸适当距离。
其汽车CAD数模和计算域CAD数模分别如下图所示：
< 图2 二分之一汽车CAD数模 >
< 图3 计算域CAD数模 >
2.2
网格前处理
计算网格采用非结构多面体网格，能实现尽可能降低计算网格数量，并对计算域车头和车尾进行局部网格加密控制，网格数量约249万，汽车局部网格和计算域网格分别如下图所示：
< 图4 汽车局部网格 >
< 图5 计算域网格 >
2.3
计算边界条件
仿真采用定常计算，计算汽车车速在120km/h下周围的外部流场状态，外流场计算采用SST k-omega湍流模型。模型整个计算流场由轴对称边界、壁面边界、速度入口和压力出口边界组成，其中速度入口和压力出口边界参数如下表所示：
< 表1 边界条件相关参数 >
3.XField后处理仿真数据
3.1
镜像还原整流场
< 图6 计算半流场可视化 >
< 图7 还原整流场可视化 >
3.2
矢量场
< 图8 表面模式速度矢量场 >
< 图9 中心模式速度矢量场 >
3.3
流线
< 图10 汽车中心截面流线图（以流管显示） >
< 图11 汽车中心截面流线图（以流线显示） >
< 图12 汽车尾部尾涡流线图（以流管显示） >
< 图13 汽车尾部尾涡流线图（以流线显示） >
< 图14 汽车底部流线图（以流管显示） >
< 图15 汽车底部流线图（以流线显示） >
3.4
切面云图
< 图16 单切面压力云图 >
< 图17 多切面压力云图 >
3.5
物面云图
< 图18 车身压力云图 >
3.6
等值面
< 图19 压力等值面 >
< 图20 速度等值面 >
结 语
在未来，我们将继续推出更多优秀的仿真案例，以展示XField优秀的后处理可视化功能。同时，为了更好地服务用户，我们也会不断优化目前已有的功能，并根据实际需求开发新的功能。相信未来的XField将为更多用户带来更多惊喜和突破！
