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CFD专栏丨HyperMesh CFD功能详解:虚拟风洞 Part 1

1月前浏览1393

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虚拟风洞VWT

从v2023版本开始,虚拟风洞VWT(Virtual Wind Tunnel)模块合并到HyperMesh CFD中。


用户在VWT模块中完成LBM求解器ultraFluidX的前处理设置,导出参数文件XML和模型文件STL,并在GPU服务器上提交计算。


VWT目前支持三种分析场景:

  • 空气动力学 Aerodynamics

  • 风扇气动噪声 Fan Noise 

  • 汽车乘员舱风噪 Green House Noise


VWT工具栏说明


 
 



VWT模型显示控制


   
   

切面显示

自定义视角保存


   
   

透明显示

材质渲染



Measure 测量工具


确保模型的长度是m单位:

 



Move 移动工具


风洞只能平移,不能旋转,并规定地面为-Z, 风洞入口-X, 出口+X。

 


模拟不同的吹风角度,旋转STL模型。

   
   

汽车侧风10°模拟工况


模拟半模型,如果模型的对称面位于Y=0,只需要将风洞的Y_min或Y_max设置为0,将模型几何中心和风洞侧壁对齐,落在风洞外面的STL会被自动切除。用户无须切割STL模型的对称面。需要注意的是:风洞的宽度除以Far Field格子尺寸,必须是8的倍数,这样格子正好能在对称面对齐。


半模型通常用于汽车风噪的计算(0偏航角工况)。 

 


轮胎无须手动切割,移动地面高度,使得地面线略高于轮胎最低点。(调节悬架高度和风洞试验保存一致)

 



Edit Tunnel


双击Tunnel的边,编辑风洞的尺寸。双击地面速度标志,编辑来流风速。


地面蓝色的虚线代表边界层抽吸的位置。

 


风洞的尺寸决定了计算域的大小,通常汽车外流场是60*40*20米,可以满足堵塞比和尾迹区充分发展的要求。风扇噪声须模拟声学无反射边界条件,例如空调外机的模型风洞尺寸为30*30*30米。由于Far Field的格子尺寸通常在256mm以上,远场的空间并不增加太多计算成本。


Enable BL Suction 地面边界层抽吸开关。抽吸位置须和实验一致,通常距离车头前方1~2米。从风洞入口到抽吸位置的地面为slip wall,无边界层厚度。抽吸位置的下游地面为no slip wall。在Run按钮中如果打开了moving ground开关,则地面移动速度和来流风速一样。默认的static ground选项会使地面有边界层厚度的累积。


地面移动系统,边界层抽吸设置对阻力/升力的预测有显著影响。

 

上图(moving ground),下图(static ground)



Turbulence 湍流人工扰动模型


 


LES湍流人工扰动模型,基于Vortex Method原理。在指定空间位置产生湍动能,防止下游模型的光滑表面产生层流→湍流转捩。


num _ eddies 范围100~1000,length _ scale尺寸和扰动区的格子尺寸相当,高脉动湍流可设置turbulence _  intensity 为0.01。

 

上图(无湍流扰动),下图(上游有湍流扰动)



Identify Parts 部件识别


用户如果不特别指定,导入的STL部件默认都是Wall边界类型。 


Heat Exchanger 指定换热器,VWT会根据面法向自动确定阻力系数的方向(比如倾斜安装的换热器)。


Wheel 指定车辆轮毂旋转模型,rotating wall是最简单的一种方法,在轮胎和轮毂表面设置旋转壁面。MRF指定轮毂旋转空气区域,可以考虑离心力科氏力。


Fan模型指定风扇旋转区域,MRF和OSM方法都需要创建包裹叶轮的旋转区域。只有OSM模型叶轮是真实转动的。Virtual Fan模型无须叶片几何,而是用风扇的性能曲线换算为系数简化,对于管路的通风计算可以节省大量时间,但是不能用于捕捉叶片BPF相关的噪声。


换热器区域设置多孔介质的阻力系数:

 


三种旋转模型:旋转壁面 / MRF / Overset的计算精度和计算成本由低到高。

 


Overset模型将计算域分为背景流体和旋转区域,在动静交界面上格子部分重叠。

 


落在旋转区域的STL会自动切割并随之一起旋转,用户要防止静止部件落在旋转区域内造成的仿真错误。


 


Wheel按钮分别指定4个车轮和轮毂。VWT会识别旋转中心,并根据来流风速自动设置RPM。


 
 


Fan按钮的Overset选项也可以用于设置轮毂的真实转动模型,通常用于低风阻轮毂的研究。

 
 

OverSet轮毂转动模型


风扇Overset旋转区域设定。由于动静交界面的计算成本较高,要尽量保持旋转区域具有较小的表面积。


 


Virtual Fan 在管路入口指定虚拟风扇区域。此区域必须包括在STL模型中,且是封闭体。

 
 



Ride Height 车辆悬架高度调整  


用户指定轮胎后,VWT会自动识别旋转中心和前后轴的离地高度。接着调整车身姿态和风洞实验保持一致。

 



Normals 检查面法向

 

所有的固体壁面和Custom自定义加密区域面法向要朝外(红色)。

 


换热器芯的面法向朝外,如果有相邻连接的管路,隐藏换热器芯后,管路也须封闭,否则格子会泄露到管路内。


 


本期的 HyperMesh CFD 功能详解分享就到这里啦,下期我们还将继续介绍虚拟风洞相关的内容。  


来源:Altair澳汰尔
HPCVirtual Wind TunnelHyperMesh多孔介质气动噪声湍流航空航天汽车电子消费电子UM声学控制人工智能Altair
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-08
最近编辑:1月前
Altair澳汰尔
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