汽车空气动力学的计算机仿真方法(2)

2021-01-20 14:45

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在无粘流理论中,将粘性力的影响略去不计,视空气为理想流

体,此时纳维一斯托克斯方程简化为欧拉方程其计算方法主要有面元法和欧拉法。2 . 1 _ 1面元法

法主要有以下几种方法 2 . 2 . 1边界层法

该方法将物体周围的流场分为粘性区与非粘性区。在物体表面附近的边界层中,粘性力的影响不能忽略,用边界层方程求解;在边界层之外,粘性力的影响很小 .可用上述无粘流理论求懈。实例 4用此法求解轿车周围压

面元法将物体表面划分为许多小单元 (面元),将三维问题化为二维问题 .使方程得到简化。最后通过边界积分求得物体表面压力分布, 2 . 1 . 2欧拉法 (流场法 )_

力分布,其结果好于无粘流理论计算结果,但在气流分离区仍有较大误差。

2 . 2 . 2直接求解纳维纳维

斯托克斯方程

与面元法不同,欧拉法将物体周围的三维流场划分为许多单元,直接对欧拉方程进行离散化,迭代求懈。

斯托克斯方程准确地描述了真实

+卧A

的粘性流动,但由于汽车绕流在很大程度上是湍流运动,故需在某种平均意义 F求解湍流运动方程。其计算方法主要有以下几种。 a . 有限差分法

以上两种方法在国外汽车界均有计算实例实例 1用面元法计算了两车相邻行驶时的气动力干扰,实例 2用面元法计算了 VwAUTO2 0 0 0轿车表面压力分布。 ,图 1给出了其计算结果的对比,实侧 3用欧拉法计算了轿车表面压力分布。各计算结果与风

有限差分法是较早出现的数值方法 .它利用差分代替微分,使方程和定解区域离散化,利用计算机求解差分方程。随着计算技术的进展,出现了各种差分形式。差分法的特点是简单、通用。 b . 有限元法

洞试验结果基本一致,但因未考虑粘性力的影响,在分离区差别较大。相对来说,欧拉法比面元法的结果要好一些。

有限元法是数值计算领域的后起之秀 .它是基于变分原理的一种离散化方法 .医域

部分突破了矩形的限制,适合于几何条件复杂的计算问题。 c . 有限体积法近年

来出现的有限体积法 .是在物理空

间中选定的控制体积上将积分型守恒方程直接离散化的一种数值方法,它综合了有限差分法和有限元法的优点,较适于复杂流动的计算。

3 C F D在国外汽车界的应用前面已经介绍丁几例用无粘流理论解汽

车绕流问题的实例。由于粘性流理沦更为接近实际情况,因此受到更多的重视 .国外著名图 1面元法计鼻结果

的软件包也应用了粘性流理论下面结台几个软件介绍其应用情况。 随着计算技术的迅速发展,各种数值模拟软件包相继问啦,结构分析领域的 NAsTRAN、 S AP等已为』\们所熟知出于流体一

2 . 2粘性流理论

由于真实空气是粘性流体,因此与无粘流理论相比 .粘性流理论的计算结果更为接近实际情况用于汽车绕流的粘性流计算方1 9 9 6年第 4期

j 5一


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