基于Star ccm 方程式赛车外流场仿真快速流程攻略

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导读：1月26日20时（今晚），2021大学生方程式技术交流月（第一期）：基于Star ccm 赛车空套CFD快速入门将由吉林大学吉速车队空套组CFD负责人梁德慧主讲，感兴趣的小伙伴点击文尾的阅读原文报名，还可参加直播抽奖和长期反复回看哦。

空气动力学逐渐成为大学生方程式的兵家必争之地，为了在有限的算力资源和较短的开发周期内实现完整的空套设计与验证，快速有效的CFD流程必不可少。笔者将分享基于Star ccm 软件的空套外流场仿真快速流程，旨在为感兴趣的读者提供可参考的思路。

使用软件：Star ccm 13.02.011

模型文件：整车模型（.stp）

一、模型准备与导入

Tips：导入模型后需要检查坐标轴。通常而言：x轴正向=车后退的方向，z轴正向=地面指向天空，y轴正向=车手右手侧；坐标系原点：z方向上与整车模型的地面重合，y方向上与整车中线重合。如果不符合，可以对模型进行旋转、平移等变换。

二、外流场求解区域的建立

Tips：

1、在官方推荐的流程中，整车区域是通过包面（Surface Wrap）来体现的，。由于生成包面网格需要的设置较为繁杂，时间成本高；我们的流程直接通过对整车进行执行布尔操作Unite来体现。与包面相比，Unite可能会产生自相交（Self Intersection）错误，但我们在实践中发现后续网格化流程对自交有较高的容错率。因此，我们采取了快捷的Unite操作替代包面操作。当然，也有简单的小技巧能解决绝大多数情况下的自交问题，在本期直播中将进行分享。
2、长方形流体域的尺寸选取根据经验值确定，考虑到方程式赛车外形尺寸较为统一，该尺寸具有普适性。尺寸确定的依据是：应足够大，使得远场边界处的流动与未受扰动时基本一致。
3、如果仿真工况关于车的中线对称，可以考虑进行半车仿真，更进一步节省计算资源（节省50%）。此时长方形流体域y方向尺寸缩减一半，其一个侧面应当正好跨过整车中线，将整车分割成左右对称的两半。再用半个长方形流体域与Unite后的整车进行Subtract操作。
4、Block的定义基于长方体的体对角线两顶点。

三、表面分片

Tips：

1、分片时灵活采取双击和框选操作能有效提高效率
2、整车分片的命名原则应在组内提前统一。
3、Block Surface根据全车和半车的策略有不同的划分：全车——进口、出口、地面、墙（天花板左侧面右侧面）；半车：进口、出口、地面、对称平面（中线上的侧面）、墙（天花板另一个侧面）。原因在于：进口、出口、地面和对称平面的边界条件往往必须单独设置，因此须单独划分出来，以在下一步骤中形成单独的区域。

四、设置区域

Tips：

五、自动网格化

Tips：

1、需要进行网格敏感性分析来确定网格数量和尺寸。在问题允许的波动范围内获得网格独立的解（即求解结果与网格数量无关）是国际学术界接受数值计算论文的基本要求。
2、网格加密区通常布置在流动情况复杂、物理量梯度大的区域，因为这些局部的剧烈变化需要更高的“网格分辨率”才能捕捉到。工程问题中，加密区网格加密的程度根据经验确定。
3、切割体网格的加密或粗糙化比例最好是2的倍数。
4、边界层处网格的布置至关重要。通过“棱柱层网格”的设置对近壁面的第一层网格厚度进行控制，满足不同湍流模型的要求。这部分内容会在直播中进行分享。