使用SOLIDWORKS FLOW SIMULATION测试一辆经典老爷车的气流

原创|Solidworks资讯|编辑:杨燕梅|2020-08-05 10:53:03.177|阅读 44 次

概述:SOLIDWORKS Flow Simulation是一种计算流体动力学的工具,使用SOLIDWORKS Flow Simulation运行一个参数化仿真,测试不同的车窗,以验证哪种车窗将使汽车冷却最快,而不会令驾驶员感到不适。

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我一直对老爷车着迷,欣赏它带来的驾驶乐趣,但它却缺乏现代汽车的舒适性,在炎热的夏季驾驶一辆没有空调的车。我决定测试一些车窗配置,以保持内部温度凉爽的同时又不会让你的脸被风吹。我决定使用SOLIDWORKS流模拟来测试我的窗口配置假设。

SOLIDWORKS Flow Simulation是一种计算流体动力学的工具,使用SOLIDWORKS Flow Simulation运行一个参数化仿真,测试不同的车窗,以验证哪种车窗将使汽车冷却最快,而不会令驾驶员感到不适。

模型准备

首先,准备用于流动仿真的模型。必须关闭汽车前部的小通风孔并确保SOLIDWORKS模型是封闭的。对模型进行适当的修改后,可使用检查工具来验证模型是否可用于流体模拟。

此检查工具还具有另一个很棒的功能,您可以创建流体体积的实体,并使用该实体生成自定义网格,在该实体中设置初始流体条件,并创建目标目标。通过使用具有关闭窗口的汽车配置,我使用检查工具创建了汽车内部体积的实体,该实体将在模拟的预处理和后处理中使用。选中相应的框,从模型内部的空白空间创建一个新文件。

在仿真开始之前我想回答一个关键问题,这个问题推动了研究本身的建立。

窗户以100公里/小时的速度行驶时,将汽车冷却至稳定温度需要多长时间?

由于我想知道冷却汽车驾驶室所需的时间,因此我必须进行与时间有关的研究。为了模拟类似风洞的环境,我将环境流体速度设置为所需的车速。将为驾驶员头部上的力设定一个目标,为车内液体体积的总体环境温度设定一个目标。参数算例将用于通过操纵尺寸来更改窗口配置。该参数研究将运行一系列具有不同尺寸值的模拟,并显示目标参数。

模拟过程

假设汽车以恒定速度行驶,将环境流体条件设置为具有100 km / hr的速度。这个可以在“初始条件”选项卡下的常规设置中完成。在“分析类型”选项卡上,应选中“时间相关”框,以便可以在不同的物理时间步长查看结果。

在计算控制选项菜单中,可以设置完成条件,该条件指定何时停止运行模拟。使用“停止条件”复选框,在目标收敛或经过300秒(五分钟)的物理时间后,模拟将停止。由于仿真是与时间相关的,因此需要设置保存条件,以便您可以按特定的时间步长查看结果。保存条件在保存选项卡的计算控制选项中设置。使用15秒的定期物理时间步长将每15秒保存一次完整的流量结果。

接下来,设置车辆内部空气的初始条件。这是使用检查工具创建的流体体起作用的地方。使用初始条件工具,将车辆内部的流量参数设置为0速度,并将热力学参数设置为40°C的初始温度。

模拟的目的是稳定内部体积的温度和施加到代表驾驶员头部的球体上的空气力。这些目标用于使研究趋于一致并易于查看值。为了稳定内部容积的温度,需要在流体容积体上设置总体平均温度目标。要了解驾驶员头部的风力,请在代表头部的球体上创建一个曲面目标。

设置完所有这些条件之后,就该查看网格了。手动网格将用于生成基本网格,并进行一些通道改进以捕捉窗口中的间隙。可以将局部网格添加到内部流体体积主体和窗口开口周围的表面。全局网格将使流体外部的元素保持在指定的大小,而局部网格将提高感兴趣区域,窗口开口和内部流体的分辨率,如下图所示。

研究结果

两个关键结果是稳定内部温度所需的时间和驾驶员头部受力。这两个数字都是通过创建目标图获得的。我假设的理想情况是在大约80秒内将汽车从40°C冷却到21°C,仅向驾驶员分配了0.002磅的力。仿真解决了,结果是现实的,因此是时候进行参数研究了。

这是SOLIDWORKS Flow Simulation产生的目标图,显示了冷却车辆内部温度所需的时间。

参数研究

实验设计和优化研究将是要使用的参数研究的类型。这将允许我改变多个输入变量以创建不同的模拟方案。控制窗口打开量的尺寸将设置为2英寸至10英寸。

实验使用“最佳方案”在方案选项卡中创建,以最小化两个目标。将实验输入框的数量设置为35,可以很好地理解输入变量如何影响目标。在运行与时间有关的实验之后,会生成许多数据,但是SOLIDWORKS Flow Simulation可以轻松导出到excel。Excel可以轻松过滤掉风头过高的实验,并以表格,摘要或图形格式查看所需的数据。以下是具有可接受风力的研究温度和时间结果的图形表示。

进一步筛选数据,发现模拟配置中的最佳窗口配置具有0.003 lbs的风力,20.51°C的最低温度,仅用23 s就获得了低于21°C的温度。这种理想的配置使驾驶员的前窗完全关闭,前乘客窗打开约8英寸,而两个后窗打开10英寸。



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