簡介

在整車外流場仿真中，尤其需要關注尾流區(qū)域的物理效應。尾流處的邊界層分離會形成高速度梯度的渦旋，渦流通過湍流破碎為更小尺度的渦并最終粘性耗散，因此沿流向會形成逆壓力梯度，盡管渦流會卷吸周圍流體補充耗散，但耗散率遠大于補給，造成尾流區(qū)域持續(xù)的負壓區(qū)。為準確解析此區(qū)域復雜的流動特性，必須使用更密的網(wǎng)格單元，從而為后續(xù)的氣動優(yōu)化提供可靠流場基礎。然而，如果對尾流之外的區(qū)域使用過于密集的網(wǎng)格也會大大增加計算成本，因此有效定義需要加密的區(qū)域非常重要。

本文將介紹一種汽車尾流區(qū)域體網(wǎng)格細化的方法。當用戶已經(jīng)獲得初步的計算結果時，可以在 META 中將尾流負壓區(qū)以等值面的形式導出。然后將其導入 ANSA 中，基于此等值面設置網(wǎng)格細化區(qū)域。

在 META 中導出尾流區(qū)域的等值面

首先，在 META 中導入總壓結果，如下圖所示。

圖1 Smart 小車外流場總壓結果

在 Insert 菜單欄下，選擇 ISOFUNCTION>Value（S）>Closed Lower，以創(chuàng)建一個封閉的等值面。

圖2 META 中的等值面創(chuàng)建工具

在彈出的選項窗口中的 Value 欄鍵入 0，META 將基于計算域中和環(huán)境壓力平衡的結果位置創(chuàng)建等值面。此封閉的等值面內(nèi)包含完整的負壓區(qū)域，即我們所關心的尾流區(qū)域。

圖 3 新建等值面窗口

點擊 OK 確認后，創(chuàng)建的尾流區(qū)域等值面如下圖所示。

圖4 尾流區(qū)域的等值面

等值面創(chuàng)建完畢后，我們可以導出此區(qū)域。在 META GUI 界面左側的 Database 中雙擊 Iso Functions，將調(diào)出包含所有等值面的列表，在此列表中右鍵點擊剛剛創(chuàng)建的等值面并在選項欄中選擇 Export Geometry。

圖5 通過 Database 導出等值面

在彈出的文件保存窗口中，設置相應的文件名及保存路徑，并選擇 .stl 為導出文件格式。點擊 Save，等值面的幾何文件就會被導出。

圖6 將等值面導出為.stl 格式

在 ANSA 中使用 Size Field 進行網(wǎng)格細化

在 ANSA 中合并 Smart 小車的幾何文件及剛剛導出的尾流區(qū)域等值面的文件，合并后的效果如圖所示。

圖7 合并 Smart 小車及尾流區(qū)域等值面的幾何文件

為了控制尾流區(qū)域的網(wǎng)格尺寸，即實現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格加密，我們需要使用 Volume Mesh 菜單欄下的 CONTROL>Size Field 功能。

圖8 Size Field 功能

在彈出的選項窗口中，點擊 New Rule 并選擇 Closed Surface，將新建一條基于封閉曲面的規(guī)則。

圖9 Size Field 選項窗口

在新創(chuàng)建的規(guī)則中雙擊 Contents 欄，使用過濾器或通過手動選擇的方式將尾流區(qū)域的等值面載入此規(guī)則中，如下圖所示。點擊 OK 進行確認。

圖10 將尾流區(qū)域的等值面載入 Size Field 的規(guī)則中

接下來，雙擊 Parameters 欄，在彈出的選項窗口中設置最大面網(wǎng)格尺寸和最大體網(wǎng)格尺寸，此處均以 30 毫米為例。點擊 OK 進行確認。

圖11 設置尾流區(qū)域的網(wǎng)格尺寸

設置完網(wǎng)格尺寸，點擊 Build，此條網(wǎng)格細化規(guī)則將會得到應用。

圖12 應用 Size Field 的網(wǎng)格細化規(guī)則

同時，ANSA 會自動打開可視化功能，方便用戶預覽此區(qū)域的網(wǎng)格尺寸以便進行進一步修改，如圖 13。在彈出的可視化窗口中（圖 14），用戶也可以通過滑動條調(diào)整 3 個方向上的截面位置。 檢查完成后即可關閉可視化選項。

圖13 Size Field 的可視化選項

圖14 可視化窗口

接下來，為小車及計算域繪制面網(wǎng)格。打開 Batch Mesh 工具，新建面網(wǎng)格劃分方案及相應會話，將屬于計算域和車身表面的 PID 分別載入到對應的會話中，如圖 15 所示。

圖15 面網(wǎng)格劃分方案

對于“Domain”設置 30-300 毫米的目標尺寸，對“Vehicle”則設置 5-30 毫米的目標尺寸。然后運行此面網(wǎng)格劃分方案。

面網(wǎng)格劃分完成后的效果如下（為方便查看，等值面已被隱藏），從圖 16 中可以看到遠離尾流區(qū)域的計算域的面網(wǎng)格尺寸約為 300 毫米，而被等值面包圍的尾流區(qū)域的面網(wǎng)格尺寸則為 30 毫米，符合前面所設置的 Size Field 的網(wǎng)格細化規(guī)則。

圖16 尾流區(qū)域及其他區(qū)域的面網(wǎng)格尺寸對比

接下來，繼續(xù)對小車及計算域繪制邊界層及體網(wǎng)格。使用 Batch Mesh 功能進行邊界層網(wǎng)格和體網(wǎng)格的劃分，如圖17 & 圖18 所示。

圖17 邊界層網(wǎng)格劃分方案

圖18 體網(wǎng)格劃分方案

體網(wǎng)格劃分完成后，沿 Y 軸方向隱藏部分單元來檢查體網(wǎng)格，從圖 19 中可以看到尾流區(qū)域的網(wǎng)格尺寸同樣滿足 Size Field 規(guī)則設置的尺寸，而不屬于此區(qū)域的網(wǎng)格則遵從全局網(wǎng)格尺寸（300 毫米）。

圖19 尾流區(qū)域及其他區(qū)域的體網(wǎng)格尺寸對比

總結

本文以 Smart 小車的外流場仿真為例，詳細介紹了如何細化汽車尾流區(qū)域的體網(wǎng)格。關于利用 Size Field 功能進行 CFD 網(wǎng)格細化的更多介紹，可以參考另一篇文章——ANSA 中 CFD 網(wǎng)格細化策略之Size Field。

作者 | 李梓月

BETA CAE 工程師