一種基于cfd技術(shù)優(yōu)化車體外形的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,簡稱C抑）技術(shù)領(lǐng)域， 具體地，設(shè)及一種基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體外形的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車身的流線型的好壞不能忽視，因為它直接影響車的油耗。汽車風(fēng)阻系數(shù)與安全 性與風(fēng)阻有關(guān)的氣動力學(xué)特性方面，車身設(shè)計除了必須符合流線型，還要兼顧底盤順暢的 空氣流動，風(fēng)阻系數(shù)對于車輛的穩(wěn)定性和安全性有密不可分的關(guān)系。流線型的車身是最理 想的氣動力學(xué)結(jié)構(gòu)，可W減少縱向空氣阻力，還可W減輕側(cè)風(fēng)對汽車的影響，尤其是在汽車 高速行駛狀態(tài)下，可W產(chǎn)生強(qiáng)大的向下空氣壓力，確保了汽車的高速穩(wěn)定性和安全性。
[0003] 目前，國內(nèi)未見有基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體導(dǎo)流罩的發(fā)明專利公開，但在汽車設(shè)計 相關(guān)企業(yè)內(nèi)部，存在基于C抑技術(shù)優(yōu)化車體導(dǎo)流罩的現(xiàn)象。但皆設(shè)及使用復(fù)雜的全英文 FLUENT或Star CD等軟件進(jìn)行求解，前處理需要一種?？趧澗W(wǎng)絡(luò)的軟件，例如GAMB口和后 處理又要使用一種專口軟件，如Tecplot，該樣一來模擬分析流程非常復(fù)雜和繁瑣，對工程 技術(shù)人員的技術(shù)背景和英文水平要求極高。而且，該些C抑技術(shù)的應(yīng)用，未設(shè)及到如何用一 種直觀簡單方便快捷的軟件來高效率模擬車體導(dǎo)流罩，W便優(yōu)化汽車外形結(jié)構(gòu)的方法。
[0004] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在操作過程復(fù)雜、適用范 圍小和可靠性低等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體外形的分析 方法，W實現(xiàn)操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體外形的 分析方法，包括：
[0007] a、基于待處理的車體外形，進(jìn)行C抑前處理；
[0008] b、基于CFD前處理的結(jié)果，進(jìn)行CFD求解；
[0009] C、基于C抑求解的結(jié)果，進(jìn)行C抑后處理。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟a,具體包括：
[0011] (1)確定模擬汽車外形的簡化模型；
[0012] (2)初始設(shè)置及邊界條件設(shè)置；
[0013] (3)網(wǎng)格劃分。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟(1)，進(jìn)一步包括：
[00巧]使用Soli抓orks軟件CAD模塊，根據(jù)所需對整車建立；維結(jié)構(gòu)，并根據(jù)求解需要 進(jìn)行整個模型進(jìn)行簡化處理：
[0016] ①對建立的=維結(jié)構(gòu)表面的小圓角進(jìn)行去除處理，并對建立的=維結(jié)構(gòu)表面的小 尖角進(jìn)行平滑處理；
[0017] ②對建立的S維結(jié)構(gòu)中車體外入口和出口進(jìn)行封閉處理；
[0018] ⑨對建立的=維結(jié)構(gòu)中理論上沒有空氣流經(jīng)的部位進(jìn)行封閉處理。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟口)，進(jìn)一步包括；
[0020] 使用SolidWorks軟件CFD模塊Flow Simulation插件，根據(jù)所需模擬的車體外形 實際情況，選擇分析類型、定義流經(jīng)汽車外氣體的物理性質(zhì)、設(shè)置邊界條件和流場初始化；
[0021] 定義求解目標(biāo)、設(shè)置收斂因子。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟樹，進(jìn)一步包括：
[0023] 按車體外部結(jié)構(gòu)具體情況劃分，將狹小通道、間隙及要觀察位置的網(wǎng)格細(xì)化，在整 個汽車外空間劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
[0024] 進(jìn)一步地，所述步驟b，具體包括；
[00巧]經(jīng)過對包含風(fēng)阻系數(shù)定義、風(fēng)速、壁面邊界條件的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，開始迭代運 算，系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)定義的求解目標(biāo)值的穩(wěn)定性判斷收斂情況。
[0026] 進(jìn)一步地，所述步驟C，具體包括：
[0027] 對CFD求解的結(jié)果進(jìn)行分析，應(yīng)用后處理觀察汽車外空氣流動場，W流體在汽車 外的速度均勻性、速度切片云圖、壓力切片云圖、流線軌跡、背壓來綜合預(yù)測車體風(fēng)阻情況。
[0028] 本發(fā)明各實施例的基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體外形的分析方法，由于包括；a、基于待 處理的車體外形，進(jìn)行C抑前處理；b、基于C抑前處理的結(jié)果，進(jìn)行C抑求解；C、基于C抑求 解的結(jié)果，進(jìn)行CFD后處理；從而可W克服現(xiàn)有技術(shù)中操作過程復(fù)雜、適用范圍小和可靠性 低的缺陷，W實現(xiàn)操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。
[0029] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0030] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0031] 附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[003引圖1為本發(fā)明中前處理結(jié)果，（a)項目1 (無導(dǎo)流），化）項目2 (導(dǎo)流0，（C)項 目3(導(dǎo)流II，將項目2的導(dǎo)流罩前置500mm);圖1(a)為本發(fā)明中一輛沒有導(dǎo)流罩的車體 簡化模型；化）在（a)的基礎(chǔ)了，加了一個導(dǎo)流罩；（C)在化）的基礎(chǔ)上把導(dǎo)流罩整體前置 500mm ；
[003引圖2為本發(fā)明中車體表面壓力云圖，（a)項目1(無導(dǎo)流）-級別數(shù)10，化）項目 1(無導(dǎo)流）-級別數(shù)100,（C)項目2(導(dǎo)流I)-級別數(shù)10,（d)項目2(導(dǎo)流I)-級別數(shù)100， (e)項目3(導(dǎo)流II)-級別數(shù)10,訊項目3(導(dǎo)流II)-級別數(shù)100;
[0034] 圖3為本發(fā)明中流場中的速度云圖（取中面），（a)項目1(無導(dǎo)流）-級別數(shù)20， 化）項目1 (無導(dǎo)流）-級別數(shù)100,（C)項目2 (導(dǎo)流I)-級別數(shù)20,（d)項目2 (導(dǎo)流I)-級 別數(shù)100,（e)項目3(導(dǎo)流II)-級別數(shù)20,訊項目3(導(dǎo)流II)-級別數(shù)100;
[003引圖4為本發(fā)明中流場中的速度流線圖，（a)項目1 (無導(dǎo)流）-級別數(shù)100,化）項 目2(導(dǎo)流級別數(shù)100,（C)項目2(導(dǎo)流II)-級別數(shù)100;
[003引圖5為本發(fā)明中風(fēng)阻系數(shù)對比，（a)項目1(無導(dǎo)流），化）項目2(導(dǎo)流0，（C)項 目3(導(dǎo)流II);
[0037] 圖6為本發(fā)明中風(fēng)阻力對比，（a)項目1(無導(dǎo)流），化）項目2(導(dǎo)流I)，（c)項目 3 (導(dǎo)流II)。
[0038] 結(jié)合附圖，本發(fā)明實施例中附圖標(biāo)記如下：
[003引 1-駕駛室；2-前保險杠；3-遮陽板；4-導(dǎo)流罩；5-車廂。
【具體實施方式】
[0040] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實 施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明實施例，如圖1-圖6所示，提供了一種基于CFD技術(shù)優(yōu)化車體外形的 分析方法，可W克服現(xiàn)有技術(shù)中直接進(jìn)行理樣機(jī)風(fēng)洞實驗成本高昂、反復(fù)實際操作過程復(fù) 雜等缺陷，W實現(xiàn)操作過程簡單、適用范圍廣和可靠性高的優(yōu)點。
[0042]本發(fā)明的技術(shù)方案，屬車用零部件設(shè)計領(lǐng)域，也可屬于計算機(jī)軟件分析領(lǐng)域，特別 是提出了一種基于CFD技術(shù)分析汽車外形效果的模擬分析，主要應(yīng)用于車體導(dǎo)流罩的選 擇、整車風(fēng)阻系數(shù)預(yù)測、汽車外形結(jié)構(gòu)設(shè)計等。
[0043] 本發(fā)明的技術(shù)方案，基于先進(jìn)C抑技術(shù)對汽車外流場預(yù)測和驗證，再通過樣機(jī)進(jìn) 行實驗檢測，最終定型，實現(xiàn)了減少物理樣機(jī)的制作次數(shù)和成本，縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期， 還提高了產(chǎn)品的綜合性能與質(zhì)量，充分體現(xiàn)了運用C抑技術(shù)分析優(yōu)勢，在汽車行業(yè)，具有實 用性。
[0044] 本發(fā)明的技術(shù)方案，設(shè)及一種基于計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics,簡稱C抑）技術(shù)對汽車外形結(jié)構(gòu)選擇的模擬分析方法，尤其針對汽車行業(yè)常見的 兩種催化體，各向同性及單向催化體，進(jìn)行選擇。需要先對車體外形進(jìn)行=維建模，再應(yīng)用 CFD軟件（本發(fā)明WSolidWorks Flow Simulation軟件為例）對車體外的流體構(gòu)建網(wǎng)格， 根據(jù)實際情況定義氣體物理性質(zhì)、設(shè)置初始條件和邊界條件，求解后，應(yīng)用后處理觀察汽車 外空氣流動場，W流體在汽車外的速度均勻性、速度切片云圖、壓力切片云圖、流線軌跡、背 壓來綜合預(yù)測車體風(fēng)阻情況。
[0045] 本發(fā)明的技術(shù)方案，采用CFD技術(shù)模擬汽車外氣流情況，預(yù)測汽車外凈化效果來 判斷催化體及汽車外形總體設(shè)計的合理性，利用分析、比較和評價，選出最優(yōu)方式，可改善 設(shè)計，指導(dǎo)現(xiàn)場凈化效果的設(shè)置，對設(shè)計不當(dāng)?shù)牡胤教岢鲂薷囊庖姟?br>[0046] 本發(fā)明的技術(shù)方案，可預(yù)測了車體外形的背壓、并可直觀地觀察到催化體內(nèi)流體 的分布，可間接反映出催化體對汽車尾氣的凈化效率，W便于在實際中，對不同排放要求的 車型，選擇合適的催化體。
[0047] 本發(fā)明的技術(shù)方案，僅需要使用一款軟件一一SolidWorks，首先使用其CAD模塊 進(jìn)行=維建模，再使用其C抑模塊進(jìn)行前處理（結(jié)構(gòu)簡化、網(wǎng)格劃分）、求解器計算、后處理 (速度場、壓力場及均勻性分析），操作簡單快捷。
[0048] 本發(fā)明的技術(shù)方案，包括：
[0049] a、基于待處理的車體外形，進(jìn)行C抑前處理；步驟a,具體包括：
[0050] (1)確定模擬汽車外形的簡化模型；步驟山，進(jìn)一步包括：
[0051] 使用Soli抓orks軟件CAD模塊，根據(jù)所需對車體外形建立=維結(jié)構(gòu)，并根據(jù)求解 c抑前處理需要，對車體外形的s維結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化；①對表面的小圓角進(jìn)行了去除處理、小 尖角進(jìn)行平滑處理；②對車體外入口和出口進(jìn)行封閉處理；⑨對原則上沒有空氣流經(jīng)的部 位進(jìn)行封閉處理等。在圖1中，該待模擬汽車包括駕駛室（如駕駛室1)，設(shè)在駕駛室前方的 前保險杠（如前保險杠2)，設(shè)在駕駛室前窗中部的遮陽板（如遮陽板3)，設(shè)在駕駛室頂部 的導(dǎo)流罩（如導(dǎo)流罩4)，W及設(shè)在駕駛室后方的車廂（如車廂5)。
[0052] (2)定義計算域；步驟口)，進(jìn)一步包括；
[0053] 使用SolidWorks軟件CFD模塊Flow Simulation插件，根據(jù)所需模擬的實際情況， 將分析類型定義為外部，流體選擇為空氣，設(shè)置邊界條件和流場初始化；
[0054] 定義求解目標(biāo)、設(shè)置收斂因子。
[00巧](3)初始設(shè)置及邊界條件設(shè)置；步驟樹，進(jìn)一步包括：
[0056] 按車體外部結(jié)構(gòu)具體情況劃分，將狹小通道、間隙及要觀察位置的網(wǎng)格細(xì)化，在整 個汽車外空間劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。
[0057] (4)網(wǎng)格劃分；
[005引 b、基于C抑前處理的結(jié)果，進(jìn)行C抑求解；步驟b，