北航计算流体力学大作业

1、汽车气动特性分析1.汽车模型图1为原设计图，图2为二维简化模型示意图:Honcl赵Logo1：30L：3.7WB：1645H:1.520R-2.3W图1汽车模型设计图g2.7315LT1.43图2简化模型示意图题目要求流体属性：空气静温T=300K、静压P=1.015x105Pa、气体常数R=8314./29.、比热比八1.4,只计算层流。（1）工况一：汽车在地面行驶，速度分别为：12、120、240km/h，对应马赫数取为Ma=0.01、0.1、0.2。（2）工况二：假设汽车在天空飞行，速度分别为：Ma=0.2、0.8、2.0。（3）分别采用基于密度的算法和基于压力的算法。输出结果：（1）网

2、格生成推荐采用ICEM,要求在Tecplot中显示温度场、压力场、马赫数分布、流线图；（2）对比分析当Ma=0.2时工况1和工况2流场的差别。（3）对于工况二，Ma=2.0，基于密度的算例在原网格（大约100*80）基础上加密1倍（200*160）,分析网格对计算结果的影响。（4）比较采用基于密度的算法和基于压力的算法的收敛情况。（5）分析汽车的阻力和升力随行驶速度的变化规律。（6）在完成二维计算的基础上，尝试采用三维模型计算可获得加分（工况1或者工况2,Ma=0.2）。输出结果工况一网格如图3所示（140*80）：-m-ffiTiw兰s:黠E:;s=5ii=驀II电A.:;=二图3工况一网格

3、!:-LIIHS=一图 基于压力0.2马赫温度场哲左拦PJOCOTflmper-slureM0JD05N细的5沏詢388碍细BS细前3剜外2WW-2O2&CoordiinisteX-2025CooirdineteX图4基于密度0.01马赫图7基于压力0.01马赫Tempraidw30H剜立301aotii咖鸟3OQ230詡理299.42992299鉛RE29BS23H4T-tfruBrjUurg3QE3CD2时H29.$2B.42fli.229929B-B-29B-B2S6-429&2CoardineteXCoardimeteX图5基于密度0.1马赫图8基于压力0.1马赫Ternpcrlun?

4、&642offl=po-2O2&CoordiinisteX103.5301.5300.5259.5型.327.5I2M.5lempiffntire323QH|3QQj299IZ9T.296.295伽.2D3292-2O2&CooirdineteX图6基于密度0.2马赫注：初始温度设置为300K图 基于压力0.2马赫压力场Ae.sPJOCoPrcsMireI101343101MOH101K5H101KO101325101120idui3lomti仙刚icnwu.佝洒1012SOPrwrv1013501013451013401013331013301011251O11Ktl101313191310

5、10130510150Q10129524CoordinateX-2a2&CocrdinsteX图10基于密度0.01马赫图13基于压力0.01马赫Piel-lkjr*、烧血1M0KL1SWH1WTO101I10WlOCCBiifl&S5WB9M0BSB&M9BOiMAe.sPJOCoPT89SUMII104000.1O35M10MtCQCKflI101SOO101wo1009X1I他soBaaaoB90D0.M5W一I&M&0sraoc70-202CoordimteXCoordimsteX图11基于密度0.1马赫图14基于压力0.1马赫-2CordiinateXPrt&sure112000il

6、OOOfllaaooo何就血104000北宓Q10CWQPrtsswftI116000.114000.113QQP-tWQQD10000locnaaHMQQQ.102000.100000.baaoM9SdDDWDD魏MMMMOOOI网QQ-2a2&CocrdinsteX图12基于密度0.2马赫注：初始压强设置为101325Pa图18基于密度0.2马赫图 基于压力0.2马赫3.1.3.马赫数分布lA&thNumw&6d-2oAsg=pKCJQ常QPiS0160.014Q0120010.0MD.COeO.tXH-DW2Coordiri.ateX36d-2oAv=pgu0024Q.QZ20.0200

7、-13QMQ.W0.0120.Q1D0OJndos0DOMO.Qffi025CooirdinsteX图16基于密度0.01马赫图19基于压力0.01马赫36d-2o5芝一pgCJCoardineteX&6d-2oA蛊瞿一PMO图17基于密度0.1马赫图20基于压力0.1马赫他出Number0.贮CMOJBMEOM0.32030OifiC-J422gD1BD1GD14S.13Od0Q9DOG&.04&Q22024&CoordiriateXAgliwQclu1图24基于密度0.2马赫图 基于压力0.2马赫A醬苍.eeqou3.1.4.流线图&02CoordirnsteX图25基于压力0.01马赫图

8、22基于密度0.01马赫2024BCoordirneteX&6d-2oA蛊芝一PQ0OA蛊g=p!-li4；riIIIIIII11IIIIIIII图54200*160网格计算结果如下所示：100*80基于密度200*160基于密度諜ssssaol豔CoordinateX分析Fresiurt.1Ei4d-_IFMOM5Z：fl4MDMBH4DC町1WQ3flCodrMiiiialfrX6CoordiriateX分析两者压强分布基本一致，车后方的压强变化略有差异。温度场的整体分布情况基本一致，差别较大的地方主要是车后的大部分区域，对于100*80,车后的温度变化较小，基本保持在340K左右，而对于

9、200*160,车后温度变化较大，从360K下降至300K；对于100*80，最高温度为520K，最低温度为初始温度300K，对于200*160，最高温度为540K，最低温度为初始温度300K。温度最高区域均为车头和挡风玻璃处。Pre-iLTE!IE4WBCOOODKUMOWMOKOMD40CKX1DrojODAAMJDifflKOQMachr4L*nbKr马赫数245CM)r4iiaitXG-马赫数分布情况基本一致，车身上方和下方的马赫数存在一些差异；分析同样的参数下，100*80的马赫数最高为1.9马赫，最低为0.1马赫,200*160马赫数最高为2.0马赫，最低为0.2马赫；100*80

10、的网格，结果的连续性更好。流线CoerdinaleX5A.SF一-2024BCocrdinateXAS営流线分布情况基本相同，但存在一定的差异，100*80的，挡风玻璃处有一个明显的涡，200*160的，挡风玻璃处则没有涡；分析100*80的，车后方流线连续性较好，比较平稳，200*160的，车后方流线比较凌乱。总结：加密网格后结果的连续性较差。3.5.比较采用基于密度的算法和基于压力的算法的收敛情况基于密度的算法都可以收敛，收敛情况较好；对于速度过高或者速度过低，如2.0马赫、0.01马赫，基于压力的算法如果采用默认松弛因子很容易出现发散，必须将松弛因子调小一些才能收敛；对于亚声速，如0.8

11、马赫，由于流场情况比较复杂，基于压力的算法也很难收敛，采0图55工况1阻力和马赫数的关系用二阶精度几乎没办法计算，采用一阶精度并且调小松弛因子才能收敛。3.6.分析汽车的阻力和升力随行驶速度的变化规律阻力（N）升力（N）1基于密度基于压力基于密度基于压力工况10.01马赫23.07937815.084863-19.2991-41.182020.1马赫1856.33832681.9011-479.45033-3801.80130.2马赫8539.991513350.321-3119.2704-22040.155工况20.2马赫5411.57334749.7693-16705.816-41693.

12、2920.8马赫3.2923228e+10555440.93-2.3398152e+10-416267.072马赫586022.27725634.17-509540.23-442615.92基于密度的算法存在两个异常数据3.2923228e+10和-2.3398152e+10,因此采用基于压力的算法进行分析。将工况1的阻力数据拟合如下,发现阻力和马赫数之间基本是一个幂函数关系,公式如图所示,判定系数近似为1,表明拟合度非常好,分析原因为：速度比较小,压强分布相似,故而压差阻力的变化满足一定的函数关系,摩擦阻力较小,几乎忽略不计。工况1阻力随马赫数变化F=499984Ma2.2613R2=1.A

13、13350.321.JJ”2681.9011xi.315.084863*00.050.10.150.20.25马赫数160001400012000100008000600040002000对于工况2，阻力随着马赫数的增大而增大，但没有明显的函数关系。这是由于马赫数变化幅度较大，从很小的速度，变化为亚音速，又变化为超音速，压强分布差异很大，阻力变化也不规律。工况1和工况2，升力随马赫数的变化也不满足函数关系，升力均为负值，力的方向垂直向下；其绝对值随着速度的增大而增大。3.7.三维模型计算网格如下图所示：Ifis图56立体网格ANSYSRH.2图57X方向网格=HEIiim-imLU-1-1n=

14、图58Y方向网格BESBaHHiaKIIIUIIIIIIIIIPiim二图59Z方向网格注：为简化模型，车的各部分宽度均相等，为1.4m。计算结果工况2，马赫数为0.2，采用基于密度的算法：分别截取了温度场、压力场、马赫数在X,y,z方向的切片云图图 马赫数车对称轴所在截面云图：（Z=0）Temperature302.53Q2301.5301300.5300299.5299293.52sa图60温度场图61压力场Pressure1070001060001050001040001030001020001010001000009900096000970009600055000MachNumberd

15、0.260.240.220.20.1S0.16o.u0.120.1o.oe0.060.04二0.02图 马赫数车侧表面所在截面分布云图：（Z=0.7，车宽度为1.4,各部分宽度均相等）图63温度场Pressure107000106000一105000一104000一103000102000101000一100000一99000一98000.9700096000I95000图64压力场MachNumber0.260.240.220.20.180.160.140.120.10.080.060.040.02图67温度场-I-JZ*4i一-用呦;-；.：;J*谕翎|:-二J：鏗立体温度场、压力场：.XirHeiuPl豹於：Ft今？札iw.1.079105:.仏+旳血心I1.05e+05:1.05&+051.0+e+05l.dSe+051.Me+防1.029+05:.081.010+051僦+的I9.95