摘要本文辩论了一种行使瞬态企图流体动力学（CFD）技巧模仿切近侧壁挪动的通用理思化汽车模子（Ahmed车身）的技巧。本商讨试图通过采用非古代CFD技巧来模仿的确

本文辩论了一种行使瞬态企图流体动力学（CFD）技巧模仿切近侧壁挪动的通用理思化汽车模子（Ahmed车身）的技巧。

本商讨试图通过采用非古代CFD技巧来模仿的确天下的滚动气象，该技巧将车身相对待静止的边际流体和侧壁实行平移，而不是使气氛流过静止车辆模子的经典技巧。这是通过行使一种相对较新且企图恶果高的网格划分技能来告竣的，称为“重叠”（Overset）或“嵌合体”（Chimera）网格。重要的职责是切实预测 25°倾斜角Ahmed体模子后斜面上的滚动。之前的商讨极力行使涡粘性湍流模子来告竣足够切实的预测，正在本商讨中，行使改良闭合系数的Menter剪切应力通报（SST）湍流模子来切实预测初始差别剪切层中的滚动性情和后斜面上的滚动再附着。与现有文献中所睹的孤独的25°倾斜角Ahmed体的涡粘性 CFD模仿比拟，本文中供给的结果正在合座气氛动力学性情方面与试验结果具有清楚更好的合连性。壁面亲昵度商讨阐明壁面的存正在对车身的合座气氛动力学性情有很大的影响。与试验商讨比拟，固然两者发挥出雷同的趋向，但试验结果与 CFD 预测结果之间存正在显着不同，跟着车身亲昵墙壁，这种不同往往会恶化。这些不同可归因于如此一个本相，即与试验推行比拟，侧壁边际滚动的 CFD 模仿尤其线.企图细节

本文辩论了一种行使瞬态企图流体动力学（CFD）技巧模仿切近侧壁挪动的通用理思化汽车模子（Ahmed车身）的技巧。本商讨试图通过采用非古代CFD技巧来模仿的确天下的滚动气象，该技巧将车身相对待静止的边际流体和侧壁实行平移，而不是使气氛流过静止车辆模子的经典技巧。这是通过行使一种相对较新且企图恶果高的网格划分技能来告竣的，称为“重叠”（Overset）或“嵌合体”（Chimera）网格。重要的职责是切实预测25°倾斜角Ahmed体模子后斜面上的滚动。之前的商讨极力行使涡粘性湍流模子来告竣足够切实的预测，正在本商讨中，行使改良闭合系数的Menter剪切应力通报（SST）湍流模子来切实预测初始差别剪切层中的滚动性情和后斜面上的滚动再附着。与现有文献中所睹的孤独的25°倾斜角Ahmed体的涡粘性CFD模仿比拟，本文中供给的结果正在合座气氛动力学性情方面与试验结果具有清楚更好的合连性。壁面亲昵度商讨阐明壁面的存正在对车身的合座气氛动力学性情有很大的影响。与试验商讨比拟，固然两者发挥出雷同的趋向，但试验结果与CFD预测结果之间存正在显着不同，跟着车身亲昵墙壁，这种不同往往会恶化。这些不同可归因于如此一个本相，即与试验推行比拟，侧壁边际滚动的CFD模仿尤其的确。

本文中先容的职业通过连结气氛和墙壁静止，同时为车辆供给平移运动来战胜这种不同。这种技巧区别于古代的试验和CFD职业，正在古代的试验和CFD职业中，车辆连结静止，同时气氛吹过它。这是通过行使重叠网格划分技能来告竣的。此中重叠区域内的网格正在静止的靠山网格中挪动。重叠区域内的对象可能独立平移和转动，具有六个自正在度。正在本商讨中，独立Ahmed位于重叠区域内，并相对待时分以恒定速率挪动。将侧壁和虚拟风洞行为靠山区域实行网格剖分。行使蕴涵主体和局限网格细化的过错称重叠区域来确保侧壁与尺寸恒定的单位格彼此效率，而不管壁面差别若何。因为行使重叠网格的数值模仿需求正在重叠区域和靠山区域之间实行插值，于是位于重叠区域和靠山区域界面层的单位格巨细应大致肖似，以裁汰所谓的重叠区域插值偏差。其余，因为已知几何边际的滚动具有差别的滚动区域，于是向几何中增加了尾流细化。正在总共域中行使修剪单位，六面体单位，每个细化从宗旨外面孕育2个数目级，棱镜层仅存正在于Ahmed、重叠地面和侧壁，以逮捕邻近的高梯度近壁气流。表1给出了最终的网格参数，这些参数是正在行使种种其他设立实行迭代后确定的。

重叠网格划分是行使软件中的主动网格划分操作完工的，天生的网格具有非机合化网格，并正在重叠区域实行尾流细化。对待最初的墙体亲昵环境，侧壁被就寝正在第一个间隔隔断处，这是墙体和主体之间的最小间隔隔断。正在初始网格划分之后，重叠网格区域正在运转模仿之前被转换到所需的地方；这个流程不需求任何从头网格划分，由于overset技巧将正在重叠-靠山接口初始化时刻思考挪动。这是重叠网格相对待圭表网格技巧的另一个便宜，正在圭表网格技巧中，总共域将正在车身的每次运动后从头网格化。相合网格具体消息，请参睹图2和图3。

与Ahmed正面相对的虚拟风洞面的速率入口范围条目为0m/s。Ahmed背后的面用作压力出口，以消弭由溢流区运动惹起的压力摇动。地面和侧壁用作防滑墙。这意味着地面和侧壁相对待流体被以为是静止的。域的全面其他面都设立为零梯度范围。该域中的流体性情是均匀海平面处气氛的性情（ρ=1.205kg/m3，动态粘度μ=1.82×100-5N·s/m2）。主体和重叠网格沿-X目标以25 m/s的恒定速率挪动，以模仿与Strachan等人[1,2]的试验风洞速率条目亲密完婚的的确天下场景。独立Ahmed车身模仿开始行使Menter的SST k-ω湍流模子的默认公式运转，据阅览，正如预期的那样，这未能准确预测后倾斜上的从头附着。然后遵照 Zhang等人调治闭合系数[3]。始末少少重复试验，闭合系数更改为σω1 =1.0、σω2= 1.712 和 β*= 0.07。随后行使3毫米、2.4毫米和1.8毫米根基尺寸体积网格正在区别级另外网格细化下实行测试。阻力(Cd)和升力(Cl)系数的网格合连性结果正在表2中给出，表2显示了气氛动力学预测对网格尺寸的显着依赖性，加倍是正在最粗的网格中。因为正在2.4毫米和1.8毫米网格划分计划的预测之间阅览到的转变很小，于是正在本职业的其余个人行使2.4毫米网格划分计划以抬高企图恶果。

为了评估SST模子目前公式的预测切实性，将目前商讨和少少被广博援用的论文中的阻力和升力值与Strachan等人的试验实行了斗劲[4]，正在表3和表4中。可能看出，SST模子闭合系数的微调导悉力预测与试验商讨更合连。固然预测的车身阻力与试验职业险些统统肖似，但车身的升力稍微高估了，但与之前的CFD商讨比拟，预测的合连性如故要好得众。然而正在作家看来，对待这项商讨，流场预测更为紧要，由于当车身切近壁挪动时，准确预测的流场将更好地预测滚动彼此效率。于是，与合连性优秀的流场预测比拟，合座升力的细微高估没有那么紧要。

图4和图5别离显示了后斜面上的压力和速率漫衍。行使SST模子确当前告竣取得的预测压力系数Cp漫衍与试验数据极端合连。固然可能看到少少差异，但后倾斜压力系数的总体趋向与试验阅览到的类似，而且比默认的 SST 有了很大的革新。边沿压力较低阐明存正在侧涡，固然比 Strachan 等人更大[3]，与Lienhart等人类似[5]，为简捷起睹，这两个原因的数据正在随后的图平分别象征为“Strachan”和“Lienhart”。然而，CFD预测的和试验丈量的后倾斜压力系数漫衍之间最显着的区别是CFD未能缉捕到压力漫衍的凹面性情。正在这一点上，作家对此没有令人信服的说明，这留待自此的探问。与试验数据比拟，图5中的速率场景显示了对后倾斜附件的高估。然而，与默认模子比拟，这种过分预测很小，而且没有通过更众的系数调治获得进一步改良。于是，这种不同被注意到并被以为是由k-ω SST已知的对 TKE 的过分预测变成的，导致沿后斜面的滚动附着过众。

图6和图7显示了正在 x/L = 1.077 和 z/L = 0.162处归一化U和W速率分量的展向速率漫衍。与Strachan等人 [4]和Lienhart等人[5]的试验比拟，正在U速率剖面上，可能看出，目前的商讨阐明，后斜面中央线上的压力复原预测略高。然而，速率剖面的总体趋向与两个试验职业都显示出优秀的类似性。W速率分量与试验数据显示出极端好的合连性，转变统统正在可领受的偏差边界内。

图6 x/L = 1.077、z/L = 0.162时，CFD 预测和归一化 U 速率的试验结果的斗劲

图7 x/L = 1.5，z/L = 0.102 时，CFD 预测和归一化 W 速率的试验结果的斗劲侧壁亲昵商讨是用四个壁间隔隔断实行的，好像于Strachan等人的试验商讨中行使的那些[4]; 为简捷起睹，Strachan等人的这项职业[1]将正在接下来的数字中象征为Strachan。这些间隔隔断示意性地显示正在图8中。请注意，该试验与目前CFD技巧之间最显着的区别正在于模仿侧壁的式样。Stachan试验中车辆和侧壁正在试验中都连结静止，同时气氛吹过它们；本文先容的CFD模仿中，气氛和侧壁正在车辆挪动时连结静止。

本节中的结果将与Strachan等人的试验丈量结果实行斗劲[4]。图9和图10显示了阻力和升力系数转变相对待孤独环境的壁差别依赖性。此图中的壁间距YW和全面后续图均由Ahmed体长L归一化。这些图还蕴涵来自Strachan等人的试验数据[1]。显着，CFD预测的升力和阻力转变显示出与试验中阅览到的趋向雷同的趋向。然而，阻力和升力转变的幅度，分外是阻力转变ΔCd极端区别。这意味着模仿侧壁的式样会对结果形成巨大影响。固然正在最小的侧壁间隔下，试验显示阻力转变为22%，但CFD预测阻力转变仅为6%。其余，CFD显示了差别隔断YW/L≈0.3时独立Ahmed体的返回，试验数据的趋向阐明，当它达到独立体阻力时，起码会是YW/L≈0.45。然而乐趣的是，对待CFD和试验，ΔCd随侧壁差别隔断呈准线性转变，尽量试验的斜率更高。

试验中阻力补充的更大是静态侧壁上范围层的补充和正在风洞中装置用的杆件导致的。显着，本商讨中行使的CFD筑模技巧不受这两种身分的影响。这两个附加范围层的彼此效率被以为会更疾地加快主体和侧壁之间的滚动，从而形成更大的阻力。正在 Strachan的[6]职业中，还注意到接连到车身的支持顶刺对后斜面上的滚动有少少影响，这也恐怕正在阻力补充中起效率。当车身切近壁时，离壁比来的涡流削弱。涡流使流附着正在后倾斜角上，据信这种削弱与刺的负面影响相团结恐怕会正在试验中导致更众的后倾斜差别，从而导致试验职业中的更众阻力。其余，正在Strachan等人[4]的商讨中增加了侧壁，显着补充了有用风洞淤塞率。试验和目前CFD模仿的ΔCι与壁差别如图10所示，显示出极端雷同的趋向，而且与阻力转变比拟，试验和CFD之间的不同略小。图11显示了侧向力系数(CZ)对壁差别的依赖性。CFD结果显示出与Strachan等人的试验结果极端雷同的趋向[4]。请注意，因为主体是对称的，正在独立Ahmed的环境下，净侧向力为零，于是绘制侧向力的转变没存心义。就像正在阻力中阅览到的趋向相似，试验阐明，跟着亲昵壁面，侧向力的补充幅度更大。这种不同再次归因于导致阻力预测不类似的肖似缘由。另一个显着不同是，CFD显示壁对侧向力的影响正在YW/L≈0.4的间隔下可能渺视不计，而试验显示衰减更慢，需求更大的壁间隔本事告竣隔断车辆值。

跟着亲昵壁，侧向力的补充可归因于车身和壁之间的速率补充，这正在壁和与壁相对的车身外面之间形成吸力效应。这导致朝向墙壁的净压力。然而，当滚动正在车身的侧面和侧壁上向后挪动时，范围层正在这两个外面上无间增进。结果，这两个无间增进的范围层之间的滚动被加快得更众，性质上好像于有利的压力梯度滚动。随后，与车身前部比拟，后部的吸力要高得众。如图12所示，这将形成环绕车辆中央的正偏航力矩。这会导致车辆的前部被推离墙壁，然后部被拉向墙壁。然而，因为CFD模仿不首肯范围层正在侧壁外面上孕育，于是这种影响不太清楚。再一次，固然数据的幅度区别，但数据的趋向显示出优秀的类似性。这两个结果显示出跟着车身远离墙壁挪动的消浸趋向，而且正在YW/L ≈0.3邻近收敛到险些肖似的值，此中墙壁的影响极端低。

正在判辨俯仰力矩时，如图13所示，数据再次显示出区别幅度的好像趋向，不同再次来自侧壁模仿。当车身切近墙壁时，已经流过车身侧面的气氛因为墙壁的存正在而被迫流过车身。这会导致更高的体积和更高的速率流过机身顶部，从而形成更高的升力（睹图 10）。因为正在侧壁和主体上都变成了范围层，这为流体通过之间变成了较小的间隙。于是，与两个范围层之间的间隙更大的车身前部比拟，更众的气氛被迫流过车身的后部。后斜面上疾捷滚动的气氛的补充导致后斜面上展现较低的压力，于是补充了车死后部的升力，从而导致更高的俯仰力矩。