CAE在汽車空氣動力學分析的仿真與應用
在汽車行業(yè)，從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應用項目幾乎可以涵蓋所有環(huán)節(jié)。
今天有限元科技小編和大家分享的是：汽車設計中的空氣動力學分析。
空氣動力學，簡稱氣動力學，一般而言，空氣動力學劃分為高速氣動力學和低速氣動力學，對于汽車而言，其屬于低速氣動力學范疇，這個部分主要研究空氣的流動性及溫度等作用。對于普通家用車而言，擁有優(yōu)秀氣動設計的汽車會更安靜更省油，速度更快。
原理
當一個物體穿過空氣時，會使周圍的空氣發(fā)生位移，同時該物體會受到重力（gravity）和阻力（drag）的影響，因此阻力會由固體穿過流質（比如空氣或水）的過程中產生。當物體加速時，其速度和阻力同時增加，速度越快，阻力越大，也就是說車速越快的話車身所面臨的空氣阻力越強，而且是以成倍的速率增長，最終阻力將與重量相等達到一個平衡點，此時物體將無法繼續(xù)加速。
由于空氣動力對汽車發(fā)動機冷卻、駕駛室通風和空調內流、汽車空氣動力噪聲、車身表面覆蓋件的振動甚至刮水器的性能各方面有重要影響，所以汽車開發(fā)過程中進行空氣動力學分析從而優(yōu)化汽車曲線、尺寸、部件過渡等來減少空氣阻力系數(shù)是很有必要的。
汽車空氣動力學分析即通過CFD技術模擬汽車行駛與空氣產生相對運動時，汽車周圍空氣流動情況與汽車動力相互影響。
在近期新型汽車開發(fā)中，提出有關的空氣動力學問題，包括新車型氣動性能預側和現(xiàn)生產產品性能分析等。
汽車的空氣動力學問題主要分內流和外流兩種情況，整車空氣動力特性屬于外流，空調系統(tǒng)、車室內流動等屬于內流。傳統(tǒng)的研究方式為風洞試驗，進行風洞試驗必須有實車或模型，費用高、周期長，由于沒有汽車專用風洞，需去四川進行試驗，使試驗研究受到很大的限制。另外，各種狀態(tài)的三維流場的詳細情況在實驗中也很難觀察到。
CFD(計算流體力學)軟件引入了CFD模擬計算能力。模擬計算不需要實車或模型，節(jié)省大量試驗經費，可在開發(fā)的前期進行預測，可隨時對設計方案進行修改，并可得到三維流場的詳細信息，供設計部門參考。
CFD模擬計算的原理與軟件
汽車空氣動力學問題屬于流體力學范疇，汽車的運動速度為每秒幾十米，此時空氣應視為不可壓流體。通常將汽車的內外流動按三維不可壓粘性流動處理，考慮到其外形的復雜，流動多處分離，應按湍流求解。由于汽車外形的復雜性，使建模和計算具有相當?shù)碾y度。工程上一般采用湍流模型，通常可以滿足工程上的要求，所需的資源又可以承受。更精密的湍流模型雖然可以提高計算精度，但所需的硬件與時間資源很高。
目前的商用CFD軟件大都采用有限體積法求解，將求解區(qū)域劃分成幾十萬到上千萬個小體積，將微分方程組離散成代數(shù)方程組，迭代求解。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，空氣動力學已經逐漸成為一個重要的設計環(huán)節(jié)。優(yōu)秀的空氣動力學設計不但可以達到高效節(jié)能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩(wěn)定性，提供更強的安全保障。如今，它已經不是航空航天領域的專利，而是現(xiàn)代工業(yè)設計必不可少的元素之一。
汽車空氣動力學CAE應用，目前已經開展整車空氣動力特性、附加裝置空氣動力學性能、車身空調系統(tǒng)流動特性等問題的模擬計算，在新產品開發(fā)階段中得到應用，對產品性能給出預測，為產品開發(fā)提供了有力的支持。
空氣動力學模擬計算作為CAE的一個方面，正在逐漸走進設計，在產品開發(fā)中發(fā)揮愈來愈大的作用。深圳市有限元科技有限公司是一家以計算機輔助工程cae為主業(yè)，以工程仿真軟件開發(fā)為核心，集cae咨詢、cae培訓、cae軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。如有業(yè)務的需要請聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：4006046636。
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