汽车模拟
本节介绍下列推荐用于对外部汽车空气动力学建模的实践：
在非稳态模型或稳态模型之间选择
稳态
稳态模拟是用于减少阻力的优化研究的极佳工具。 运行稳态模拟的优势包括：
- 快速周转时间。
- 绝对值和趋势的精度。
非稳态
在查看如车辆操纵、超车或车队建模等情况时，必须使用非稳态模拟。 在这些情况下，了解非稳态流特征可改善空气动力学。 （可选）非稳态模拟还可用于瞬态涡效应很重要的情况，如气动声学或轮舱建模。
运行非稳态模拟所需的时间更长。 但是，可缩短非稳态模拟的总体周转时间，如下所示：
- 可以使用瞬态 SIMPLE 增大时间步。 但是，如果时间步增加得过大，求解将变得不实际。
- 使用比稳态模拟更高的亚松弛因子运行瞬态模拟。 松弛因子越高，所需的内部扫掠越少。
- 使用稳态流场初始化瞬态模拟。 使用 K-Omega SST 模型初始化流场并减少稳态模拟和 DES 模拟之间的跳转。
- 可以使用耦合求解器或分离求解器初始化流场。 耦合求解器的优点是对于较大的案例研究，可以缩短运行时间。
推荐的湍流模型
- 推荐将 SST (Menter) K-Omega 或 Spalart-Allmaras 分离涡模拟模型用于车辆空气动力学。 两种模型似乎可给出类似的求解。
- 对于车辆空气动力学，DES 可以提供有关尾流中大涡结构的更完善信息。 对于尾流，DES 比 URANS 更精确。 因此，对于有关车辆通行或尾流的所有研究，推荐使用 DES。
- 气动声学研究显示在某些情况下，Spalart-Allmaras 可提供更好一些的趋势。 对于乘用车，通常使用 SST K-Omega 湍流模型。
- 对于热瞬态模拟，大时间段比局部流动结构更关键。 因此，URANS 适用于此类问题。
推荐的网格设置
- 网格密度必须充分加密，才能捕捉局部物理。 但是，过度加密会降低性能。 使用体积源加密仅位于所需区域中的网格。
- 网格尺寸必须足够精细，才能捕捉湍流长度尺度。
- 在对乘用车建模时求解车辆和轮胎的尾流。 较小长度尺度的重要性较低。 通常，将为距离尾部的半个车长加密尾流。
更实际的估计是计算正投影面积。 根据车辆的正投影面积，在尾流中延伸相同的距离。
- 使用以下场函数检查稳态分析的结果可帮助确定 DES 模拟的网格分辨率：
名称
函数名
定义
用途
湍流长度尺度
TurbulentLengthScale
pow(0.09,-1)*sqrt($TurbulentKineticEnergy)/$SpecificDissipationRate
确定 SST (Menter) K-Omega 模型的湍流长度尺度
网格尺寸
GridSize
pow($Volume,1.0/3.0)
（根据立方体）估计网格单元的边长
长度比
LengthRatio
$TurbulentLengthScale/(2*$GridSize)
为了正确地求解湍流，长度比需要 > 1
- 运行初步稳态模拟。
- 如表中所定义，使用 TurbulentLengthScale 和 GridSize 场函数计算长度比。
湍流长度尺度基于湍流耗散。 根据每个网格单元的体积估计网格尺寸
- 为瞬态分析使用的网格应产生比初步稳态模拟中的长度比更大的长度比。
推荐的内部迭代次数
- 与增大时间步相比，减少内部迭代次数以加快求解是更有效的策略。 大时间步会对结果产生不利影响。
- 在大多数情况下，8 次内部迭代足以收敛时间步。 将内部迭代次数减少 3–5 次有助于缩短周转时间。
- 总体阻力值对内部迭代次数不敏感。 要获取精确的阻力值，网格密度和加密位置更加关键。
推荐的时间步
- 时间步长取决于要求解的物理。
- 对于气动声学，时间步必须足够小才能求解所需频率。
- 对于空气动力学，使用较大的时间步捕捉流场中的大涡。
- 对于一般阻力值，求解轮胎/车辆后的大尾流结构。 对于要达到车辆跨距的颗粒，时间步的适当估计大约为 100 个时间步：
- 对于大部分流场，库朗数必须小于 1。 在尖角处加速的流具有较小的局部峰值（如果其升高至 1 以上）即可。
推荐的监视器和报告
使用以下监视器检查内部迭代期间的收敛：
- 车辆上的力：此监视器在收敛时达到稳态值。
- 轮胎和车辆尾流中的压力探头
对于阻力预测，达到最终值的 80% 收敛即可
- 速度幅值
峰值速度必须低于 150 m/s。 如果峰值速度较高，则提高 SST (Menter) K-Omega 模型的迎风混合的时间尺度系数 (CdesTimeLim) 专家属性以提高稳定性。