內容摘要

如今，對快速準確的外部空氣動力學仿真的需求非常迫切。電動汽車的續(xù)航里程是潛在客戶的關鍵決策參數(shù)，優(yōu)化/最小化空氣阻力以增加續(xù)航里程是一個關鍵的工程目標。此外，新的排放法規(guī)要求報告每種車輛配置的油耗，總數(shù)可能達到數(shù)千個。

因此，仿真必須能夠準確預測不同設計之間的阻力（增量）差值，因為現(xiàn)在這是官方強制要求開發(fā)報告的。否則，原始設備制造商(OEM)需要進行昂貴且耗時的風洞測量。若要啟用這些仿真，用戶必須能夠：

• 減少幾何準備時間，輕松快速地對數(shù)千個復雜零件進行網(wǎng)格劃分
• 運行數(shù)百甚至數(shù)千次仿真，獲得一致且高度準確的結果
• 利用高保真仿真方法確保結果的可信度
• 縮短設置時間并自動執(zhí)行仿真工作流程

優(yōu)勢

通過快速準確的CFD仿真加速空氣動力學創(chuàng)新

使用曲面包絡和自動網(wǎng)格劃分，快速準備包含數(shù)千個零件的復雜幾何形狀

通過快速準確的穩(wěn)態(tài)仿真提高吞吐量

運行高保真瞬態(tài)仿真，包括旋轉輪輞

根據(jù)曲面敏感度獲得有關阻力的詳細設計見解

• 通過自動化汽車空氣動力學來節(jié)省工程時間

Simcenter STAR-CCM+提供解決方案

Simcenter STAR-CCM+軟件是Siemens Digital Industries Software 的全面集成式軟件和服務Siemens Xcelerator產品組合的一部分，是一款多物理場計算流體動力學(CFD)仿真軟件，允許用戶構建真實世界產品的高保真、全面的數(shù)字孿生。它獨特地集成了仿真過程的每一步，從幾何定義到網(wǎng)格劃分、求解和后處理，賦能用戶在構建物理原型之前快速評估配置或設計變更對空氣動力學性能的影響。Simcenter STAR-CCM+提供：

快速處理復雜幾何形狀的功能，通過曲面包絡將準備時間從數(shù)周縮短到數(shù)小時

精確的物理場，使用穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)求解器以及先進的湍流建模獲得一致和準確結果

速度和性能，通過CPU和GPU的并行卷網(wǎng)格劃分提高吞吐量。

設計探索，使用伴隨求解器詳細了解曲面敏感度。

• 過程自動化，使用模板、專用的車輛空氣動力學工作流程或宏減少設置時間

左圖:在外部曲面上使用精細網(wǎng)格進行修剪體積網(wǎng)格劃分右圖:對工業(yè)汽車引擎蓋進行復雜幾何網(wǎng)格劃分

量產車空氣動力學的經(jīng)過驗證的數(shù)字風洞結果

（資料來源：Emil Ljungskog 博士論文 Evaluation and modeling of the flow in a slotted wall wind tunnel，2019 年）

由伴隨求解器計算的相對于阻力的曲面敏感度

幾何準備和網(wǎng)格劃分

使用全自動網(wǎng)格劃分管線顯著縮短預處理時間：

• 曲面包絡是一種穩(wěn)健且快速的曲面準備方法，可將復雜的粗糙輸入幾何形狀轉換為平滑的防水曲面
• 修剪后的單元網(wǎng)格劃分器即使在高內核數(shù)和低內存消耗下也能提供出色的可擴展性。因此，它是外部空氣動力學仿真的首選

棱柱層網(wǎng)格劃分器易于使用、可并行處理且堅固耐用，可在外部曲面生成精細網(wǎng)格

精度

使用以下幾個關鍵功能實現(xiàn)高度準確、一致和可靠的仿真結果：

關鍵曲面上的精細網(wǎng)格可準確捕獲邊界層現(xiàn)象并預測流動分離

用于穩(wěn)態(tài)雷諾平均納維-斯托克斯(RANS)和非定常分離渦模擬(DES)仿真的先進湍流建模

用于旋轉輪輞真實仿真的移動網(wǎng)格方法

• 能夠為開發(fā)工作創(chuàng)建經(jīng)過驗證的數(shù)字風洞

先進的建模方法

通過高級建模方法獲得更深入的見解：

通過伴隨求解器計算的曲面敏感度，獲得對潛在設計改進的獨特見解

基于伴隨解決方案執(zhí)行曲面變形操作，以改進設計

執(zhí)行流固耦合(FSI)仿真，以計算由于壓力載荷引起的組件變形

通過使用各種經(jīng)過驗證的多相模型來研究水管理

• 分析氣動聲學現(xiàn)象，如后視鏡噪聲，并提取車內噪聲的輸入

GPGPU計算

通過在GPGPU上運行，加快求解速度，同時降低硬件和功耗成本：

經(jīng)證明，CPU和GPU之間的結果一致

使用RANS、DES或LES模型大幅提高了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)仿真的性能，解決了空氣動力學和氣動聲學問題，包括用于運動建模的MRF

• 并行實現(xiàn)，允許跨單個或多個GPU節(jié)點進行擴展

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