基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟.doc

基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟.doc基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟摘要:从三维不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发,建立数值模拟汽车外流场的控制方程组,分别采用三种湍流模型,即:Baldwin-Lomax模型、标准模型和低雷诺数模型来闭合控制方程组。使用有限元法对汽车外流场的控制方程组进行离散,采用结构非均匀网格方法划分计算区域,计算得到了各种湍流模型下的汽车外部速度场,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,标准模型比其他两种模型具有更高的精度,能够更好地模拟汽车外部流场。关键词:湍流模型数值模拟汽车外流场有限元法中图分类号:TH123文献标识码:A文章编号:1672-3791(2014)10(c)-0067-03由于汽车外流场直接影响到汽车的外形设计、汽车的性能改良,汽车的燃油经济性、操纵舒适性、安全性和噪声水平等等,因此对汽车外流场湍流数值模拟不仅具有理论意义而口具有工程应用价值。汽车外流场属于三维湍流问题,汽车在行驶时,气流与车辆外形的相互作用,在汽车尾部出现分离流现象,典型流动特征为三维、粘性、湍流、分离。由于汽车外流场绕流运动的复杂性,湍流模型的选择成为汽车外流场数值模拟的关键。该文拟对汽车外流场及其数值模拟中湍流模型的选择进行研究,从三维不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发,建立数值模拟汽车外流场的控制方程组。根据湍流模型理论,拟选定三种湍流模型,BP:标准Baldwin-Lomax模型、模型、低雷诺数模型,对汽车外流场进彳亍数值模拟,计算出汽车外流场。分析各种湍流模型数值模拟的结果,并与已有的实验结果进行对比分析。1控制方程组雷诺时均方程与连续性方程就构成了汽车外流场数值模拟的控制方程组:(1)(2)式屮,是空间位置处标;代表方向的速度;是压强;是运动粘性系数;是雷诺应力,,为速度的脉动值。在数值模拟求解过程中,必须选取适当的湍流模型使该控制方程闭合。该文选取的三种湍流模型是:Baldwin-Lomax模型[1]、标准模型[2]、低雷诺数模型[3]。2数值方法该文计算使用Galerkin加权余量法对所有方程进行离散。选取的有限元是组合,即在一个单元上速度采用三线性插值,压力在单元上取常数,得到了三维不可压缩N-S方程的矩阵形式。选取这样的离散方法是为了排除因不满足LBB条件产生的伪物理压力模态。使用Uzawa法解决N-S方程离散后产牛的所谓鞍点问题。采用一阶迎风格式消除方程求解过程中的数值震荡°。将计算尺寸按比例缩为如图1所示几何尺寸,略去车轮及后视镜、刮雨器等突起物,没有模拟车底真实的凸凹形状。此时=25°o汽车的几何尺寸如图1所示。模拟所采用的模型计算区域为:,本研究将采用块结构非均匀网格划分计算区域,共将计算区域划分为20个块,网格单元由一个个六面体组成,290040个节点数,274315个有限单元。计算网格划分如图2所示。:來流速度为进口速度,大小为40m/s,:。壁面条件:采用无滑移无穿透固体边壁条件:。其他计算条件:汽车周围空气密度,运动粘度。,雷诺数