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93摘 要：借助STAR-CCM+软件，分析了某型车SCR 后处理系统在额定工况下的压力场和速度场分布，以及不同尾气流量下排气背压的变化，得到排气背压随着尾气流量的变化，规律，最后利用最小二乘法，得到尾气流量与排气背压的关系式。
该方法为SCR 系统的设计提供了有效的理论依据。
关键词：STAR-CCM+ SCR 压力场 速度场 排气背压Abstract With the help of the software STAR-CCM+, the pressure field and velocity field distribution of the SCR processing system for a vehicle are analyzed under the rated condition, and the variety of the exhaust back pressure in different exhaust flow is analyzed . The relationship between the exhaust flow and the exhaust back pressureis obtained. The method provides a theoretical basis for the design of SCR system.Key words STAR-CCM+; SCR; pressure field; velocity field; exhaust back pressure 基于STAR-CCM+的某型车SCR系统流场分析Flow F ield A nalysis o f t he S CR S ystem f or a V ehicle B ased o n S TAR-CCM+ZHANG Ke-peng et al中图分类号：U469.6.03 文献标识码：B 文章编号：1004-0226(2014)06-0093-041 前言随着社会的发展，汽车的保有量快速增加，由此引发的空气、噪声污染也越来越引起社会的关注。
车辆空气动力学计算概论车身阻力系数含义说明：模拟风洞试验4汽车外流场分析推荐设置5几何/物理模型6边界示意7Star-CCM+ 分析/操作流程打开软件，新建分析9导入几何（面）导入几何显示网格（Show All Meshes）保存模型文件检查几何（表面）检查几何（设置门槛）15显示表面质量无重大几何问题。
放大几何10倍放大之后。
18不会高亮显示，不易分辨表面。
19Split by Angle21分割之后…在Geometry Scene >Geometry 1修改Color Mode 即可以不同颜色显示表面。
整理表面（重命名/合并等）23整理表面：隐藏某些面选中之后，右键隐藏之后…25合并轮胎各面…按住<Ctrl>键，可多选，共六个面。
既可从模型树选，也可以直接在界面几何上选中。
26合并之后…之后，将其命名为：Wheels将其余（车身）面合并…并重命名几何最终格局…29从Parts 创建Regions …若是多部件，这个很有用30边界名字自动沿袭…为了更好辨认，也可以重命名，去掉前缀。
31修改边界类型…也可以双击打开，也可以逐一选上在其底下属性窗口逐一修改。
边界类型会影响网格划分。
比如，进出口不会生成边界层。
32创建网格模型…也可以从Continua 创建网格类型。
即，网格既可以基于Parts 也可以基于Regions选择网格模型34定义网格参数35划分网格方法一方法二36完成之后…表现一表现二显示数量黄色标记不见出现Parts Meshes 目录37查看网格…也可新建一个Mesh Scene38调整/保存视图…下拉小黑三角可以保存当前视图，并可在后面调用39创建平面（Plane）…用鼠标选择两点，构建平面40平面（Plane ）的调整…比如，平面切过轮胎，可以直接输入数据，也可以调整光标查看切面网格…选择物理（Physics）模型…43设置边界条件…其他边界条件，保持默认值。
如，Outlet ，0.0 Pa （相对压力）设置求解参数…4546474849502134。
STAR-CCM 与流场计算引言流场计算是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，用于模拟和分析流体在不同条件下的运动行为。
STAR-CCM是一款强大的流体力学模拟软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源等工程领域。
本文将介绍STAR-CCM的基本原理和流场计算的一般步骤，并介绍一些常见的流场计算应用案例。
STAR-CCM 简介STAR-CCM是由CD-adapco公司开发的一款多物理场数值计算软件，主要用于模拟和分析流体、热传导、传热和化学反应等多种物理现象。
该软件基于有限体积方法和并行计算技术，能够对复杂的流体力学问题进行精确求解。
STAR-CCM的主要优势包括： 1. 多物理场模拟：STAR-CCM 能够模拟和分析流体、固体、传热、燃烧、电磁场等多个物理场，可以全面考虑多种耦合效应。
2. 自动网格生成：软件内置了自动网格生成工具，能够快速生成高质量的计算网格。
3. 强大的后处理功能：STAR-CCM提供了丰富的后处理工具，可以对计算结果进行可视化和分析。
4. 用户友好的界面：STAR-CCM的用户界面简洁直观，使用方便，适用于各种复杂工程问题的模拟和分析。
流场计算步骤流场计算通常包括以下几个步骤：1. 几何建模首先需要进行几何建模，即将流场的几何形状进行建模和排布。
可以使用专业的三维建模软件（如CATIA、SolidWorks 等）创建几何模型，并将模型导入到STAR-CCM中进行后续计算。
2. 网格生成在建模完成后，需要生成计算网格。
计算网格的质量对计算结果的准确性和稳定性有很大影响。
STAR-CCM提供了自动网格生成工具，可以根据模型的复杂程度和计算需求生成合适的网格。
3. 边界条件和物理模型设置在进行流场计算前，需要设置边界条件和物理模型。
边界条件包括入口条件、出口条件、壁面条件等，用于描述流体在边界上的行为。
物理模型包括流体模型、传热模型、湍流模型等，用于描述流体的物理特性和运动行为。
应用STAR-CCM+对汽车外流场进行分析Vehicle External Flow Analysis by STAR-CCM+赵志明崔津楠贾宏涛长安汽车股份有限公司汽车工程研究院CAE所摘要：本文利用STAR-CCM+对长安自主品牌汽车某车型的1：3缩比模型进行了汽车外流场CFD计算，得出风阻系数和升力系数，并与实验结果进行了对比。
关键词：汽车外流场 CFD STAR-CCM+Abstract: The external flow simulation of a clay model, which was a 1:3 scale model of a CHANA vehicle, was carried out by STAR-CCM+. The main parameters, the drag coefficient and lift coefficient, had been calculated by CFD and the simulation was compared with the experiment. Keyword: vehicle external flow CFD STAR-CCM+1 前言随着汽车工业的迅速发展，汽车舒适性、环保、节能等成为衡量汽车品质的重要指标。
汽车空气动力特性是汽车的重要特征之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操作稳定性、舒适性和安全性。
通过汽车空气动力学研究来降低气动阻力、提高发动机燃烧效率、改进发动机冷却效果，不仅可以提高汽车动力性，而且还可以改善其燃油经济性。
对于高速行驶的汽车，气动力对其各性能的影响占主导地位，所以良好的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。
计算流体力学在汽车开发中有着重要的作用，特别是在开发前期，对造型设计有着至关重要的作用，可以说计算流体力学主导整个设计过程。
在产品开发后期，进行计算流体力学验证也是必不可少的环节。
基于STAR CCM+的某车型打气泵流场分析摘要：针对某车型怠速工况下发动机噪声较大的问题，试验结果显示打气泵为主要的噪音源之一，基于STAR CCM+对打气泵的工作状态进行模拟，得到了打气泵内活塞运动时打气泵腔内瞬态流场分布，以及气动噪声最大时的稳态流场分布，并对流场进行分析，指出了气动噪声水平较大的区域。
关键词：打气泵；流场；气动噪声1. 前言某车型在怠速工况下存在发动机噪声过大的问题，试验结果显示发动机上方驾驶室下方噪声值为90dB，噪声频率主要在2000Hz左右，隔离气制动系统的影响后噪声明显减小。
气制动系统中的打气泵的泵内空间狭小，结构复杂，且泵内活塞高速往返运动使泵内产生周期性的高压高速气流，容易造成较大的气动噪声，因此对打气泵的泵内流场及气动噪声分析进行分析。
2.几何模型简化2.1模型简介打气泵的泵内流场分析流体域主要包括三部分：进气室、排气室、缸内区域，缸内区域和进气室之间以及缸内区域和排气室之间通过进气孔和排气孔连通，并由阀门控制孔的开闭，如图1所示。
打气泵工作时曲轴转动并通过连杆带动活塞上下往返运动，运动过程主要包括进气和排气两部分，当活塞向下运动时，缸内空间扩张，进气阀门开启，排气阀门关闭，打气泵进气；当活塞向上运动时，缸内空间压缩，吸气阀门关闭，排气阀门打开，打气泵排气。
图1 打气泵结构示意图2.2模拟方法打气泵内部流体域的空间狭小，几何结构复杂，阀门处间隙小，建模难度较大，运用STAR CCM+的面网格重构（surface remesh）、体网格生成（trimmer）、网格局部加密（volumetric control）以及丰富的网格自动和手动修复功能进行网格的生成和修复，极大的提高了前处理的质量和减少了前处理的工作量。
打气泵工作时，活塞会在连杆的带动下高速的上下往返运动，运用STAR CCM+的网格移动（motion）功能，通过模拟活塞上表面的位置变化，精确的模拟了打气泵缸内流体域体积随着时间的变化。
基于STAR—CCM＋的燃料电池汽车空气过滤器流场分析蔡书娟;许潇;吕洪【摘要】The air filter designing of fuel cell vehicle with experiment and principle needs a lot of energy and finance,and the design cycle is long.This paper established the mathematical 3D model of air filter based on the CFD software of STAR-CCM＋.By using porous media approach to simulate the internal flow of active carbon zone and conducting mathematical simulation of steady flow of the air filter,this paper conducted mathematic simulation of flow distribution and flow uniformity index inside the filter with different structure.What＇s more,this paper proposed an optimized filter structure to increase the utilization rate of active carbon zone,which provides the theoretical basis for the structure design and performance improvement of fuel cell vehicle air filter.%依靠经验和半经验设计燃料电池汽车空气过滤器需要耗费大量的精力和财力,且设计周期长.本文利用计算流体动力学（CFD）软件STAR—CCM＋,建立了空气过滤器的三维数值计算模型.运用多孔介质模型模拟活性炭区域的内部流动,对空气过滤器的稳态流动进行了数值模拟,对不同结构的空气过滤器的气体流动分布、流动均匀性进行数值计算.并提出有利于活性炭利用率的优化方案,为燃料电池汽车空气过滤器结构设计和性能改进提供理论依据.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(029)005【总页数】5页(P651-655)【关键词】燃料电池;空气过滤器;CFD;优化设计;多孔介质;流动均匀性【作者】蔡书娟;许潇;吕洪【作者单位】同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804;同济大学汽车学院,上海201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U464.2360 引言能源短缺和环境污染是影响人类社会发展的两大重要问题，而汽车数量的不断增加是导致石油资源枯竭和大气环境污染的主要因素之一.质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比其他类型的燃料电池具有工作温度低，环境友好，启动速度快，能量密度高等优点，被公认为最有希望成为传统内燃机的可替代动力源［1］.然而空气中的颗粒物以及杂质气体(如 NOx，SO2，NH3和 VOCs等)对燃料电池的性能及寿命造成严重的不良影响［2］，解决此问题最简单的方法就是在燃料电池发动机空气供给系统前端加装空气过滤器［3］.由于受燃料电池空气过滤器复杂结构的影响，空气过滤器内部的气流特性非常复杂.而气流特性直接影响到空气过滤器内部化学吸附效果.通过CFD分析内部的流场信息，指导空气过滤器的结构设计，实现滤芯气流的合理分配，为提高滤芯的利用效率提供依据.因此利用计算机流体动力学CFD软件改进空气过滤器结构对于获得较好的流动均匀性，从而延长其使用寿命具有重要的理论意义和实践价值.在流动计算中，常用的计算软件有PHOENICS，FLUENT，CFX，STAR －CD，ANSYS等［4］.在本文的研究中将采用STAR－CCM+软件进行仿真分析，考察了无化学反应和热传导的稳定流动问题采用数值模拟的方法研究空气过滤器流场的速度分布特性.1 几何模型及边界条件1.1 几何模型燃料电池空气过滤器是基于三维CATIA几何模型建，如图1所示.本文简化空气过滤器内的流动为绝热、无化学反应流，将过滤器内部流动分为两个自由流动区域和一个多孔介质区域.如图2所示，在自由流区域1上按照逆时针方向设有入口1，入口2，入口3，入口4.图1 空气过滤器外壳的几何模型图2 空气过滤器流体域几何模型图3 空气过滤器的网格模型1.2 数学模型1.2.1 基本方程由于气体可以视为不可压缩流体的湍流流动，所以整个过程可以用连续性方程、雷诺平均N－S方程、湍动能K和湍动能的耗散率ε的输运方程等基本控制方程来描述.质量守恒方程:雷诺平均N－S方程:湍动能方程:图4 不同结构UI1气体速度云图湍动能耗散方程图5 不同结构流线图湍流模型采用双方程的K－ε模型，系数使用Launder和Spalding的推荐值.式中ui为沿i方向的速度分量;fi为沿i方向的质量力;P为压力;ρ为空气密度;υ为运动粘性系数;υt为涡粘性系数.湍流模型采用双方程的k－ε模型，系数使用Launder和 Spalding 的推荐值:Cε1=1.44，Cε2=1.92，Cμ =0.09，ρε =1.3.图6 计算速度均匀性系数MACRO命令流程图图7 方案三UI2面气体速度云图图8 活性炭结构改进方案图9 改进后UI2面气体速度云图由于活性炭内部又很多小孔，要想详细地了解这些孔道的流动情况，就要对载体孔道进行多维模拟，势必大大增加了计算的工作量从工程角度来说人们关心的是载体整体对流动特性的影响，为了较准确的分析流动特性，可以把载体看成多孔介质，认为在所有孔道内流动是连续分布的层流它符合，而忽略对流项和传导项，其数学模型采用经验公式欧根(Ergun)方程［5］ΔP:压降，H:床层高度，V:气流速度，β:惯性阻力系数，α:粘性阻力系数.1.2.2 模型主要尺寸和边界条件计算模型主要分为3部分，多孔介质区域采用六面体网格，网格数约为14784个，自由流体区域采用多面体网格，网格数约为65794个.为了考察流动均匀性，分别在多孔介质区域取一个水平截面UI1和一个竖直截面UI2.计算网格模型，如图3所示.如表1所示，初步设计了四种不同的入口方案对活性炭滤芯使用率的影响.为了减小工作量，本文采用同一种三维数学模型，通过在CFD软件中设置不同的边界条件，考察四种不同结构对流场分布的影响.考虑实际工作情况，不同设计方案空气过滤器的统一边界条件，如表2所示.表1 不同设计方案过滤器各方案比较方案一方案二方案三方案四入口1√ √ √ √入口2 ⊗ √ ⊗ √入口3 ⊗⊗ √ √入口4⊗⊗⊗ √√代表边界条件为massflow，⊗代表边界条件为wall.表2 型边界条件参数名称数值出口直径(mm)20湍流强度(%) 10工作温度(°C)20入口体积总流量(Lmin－1) 220入口压力 (Pa) 1.01e5空隙率 0.4滤芯质量 (kg) 0.2出口直径(mm) 20惯性系数β［6］ 120344粘性系数α［6］1152 结果与讨论2.1 流场分析图4显示出在活性炭截面UI1上的气体速度云图.可以看出，在空压机运行过程中，气流流经过滤器活性炭区域时，主要集中在活性炭中间的位置，靠近空气过滤器外壁的区域速度最低.图5显示出不同入口时气流流速流线图.此结构空气过滤器中，气流流过刚流入活性炭时，流线较为统一.从整体来看，气流在靠近出口处的活性炭中分布不是很均匀，偏向中间.2.2 流动均匀性分析2.2.1 不同入口方式的流动均匀性活性炭内气流分布均匀，可提高活性炭利用率，从而提高空气过滤器的使用寿命. 为考察活性炭内气流的均匀性，采用活性炭截面上的速度均匀性系数［7］进行考核.气流速度均匀性系数公式为γ:界面的速度均匀性系数u′:不均匀速度，μi:单元速度，单元平均速度，Ai单元面积.通过构造如图6所示的MACRO命令可以计算的值.速度均匀性系数的值介于0到1之间，γ值越高，气体流过活性炭区域的均匀性越好，活性炭的利用率也就越高.表3示出活性炭UI1面上的气流均匀性系数.表中可以看出当有两个入口同时进气时，方案二和方案三的气体均匀性最好.考虑到加工的方便性，优选方案三的入口方式.表3 不同结构流动均匀性方案方案一方案二方案三方案四UI1流动均匀性0.893 0.903 0.904 0.8862.2.2 活性炭形状对内部流场分布的影响活性炭结构是空气过滤器活性炭区域重要的影响因素，因此优化活性炭结构是改进活性炭流场的有效手段.如图7为方案三的UI2面的气体速度流场分布，可以看出在靠近出口的活性炭气流速度为0，气流速度均匀性系数仅仅为0.689活性炭得不到充分的利用.为了使整个面为了使活性炭流场更加合理，本文对空气过滤器活性炭区域的结构进行进一步的优化.改进后的活性炭结构如图8所示，从图9可以看出活性炭区域气流分布情况更加均匀，而气流速度均匀性系数也提高到0.818.3 结论本文将活性炭区域作为多孔介质处理，并针对燃料电池空气过滤器流场建立了数学模型，并进行三维数值模拟.并通过对流场的分析，对空气过滤器的结构进行了优化设计.对工程实际应用具有一定的指导作用.由于仿真计算多空气过滤器的工作情况有一定程度的简化，所以存在误差.应采用仿真分析与实验验证想结合的方法来研究空气过滤器的相关流动特性，这也是今后国内外研究空气过滤器的发展趋势.参考文献:［1］毛宗强.燃料电池［M］.北京:化学工业出版社，2005.［2］杨代军.大气污染物对质子交换膜燃料电池性能影响的研究［D］.上海:华东理工大学资源与环境学院，2006.［3］DANIEL M.KENNEDY，DONALD R.CAHELA，WENHUA H.ZHU，etal.Fuel Cell Cathode Air Filters:Methodologies for Design and Optimization［J］.Journal of Power Sources，2007，168(1):391－399. ［4］邹波，陈日军，魏巍.车用液力元件的研究现状和发展趋势［J］.机床与液压，2011，39(10):124－130.［5］C.H.Lina，W.T.Cheng，J.H.Lee.Effect of Embedding a Porous Medium on the Deposition Rate in a Vertical Rotating MOCVD reactor based on CFD modeling［J］.International Communications in Heat and Mass Transfer，2009，36(7):680－685.［6］陈专，吕洪，，马建新.FCE空气过滤吸附材料压降试验与仿真研究［J］.计算机仿真，2009，26(5):296－298.［7］WUGuojiang，HUANG Zhen，CHEN Xiaoling.Numerical Simulation of Cold.Start Emission for the Three－ Way Catalytic Converter Mathematical Model and Result Analysis［J］.Chinese J Chem Eng，2004，12(3)363 －371.。
STAR-CCM 与流场计算简介STAR-CCM是一种流体力学（CFD）软件，可以对流体流动、热传导以及其他与流体有关的物理现象进行数值模拟和分析。
它是一种广泛应用于工程和科学领域的计算流体力学（CFD）工具。
STAR-CCM的优势在于其强大的求解器和用户友好的界面，使得它成为工程界最流行的CFD软件之一。
本文将介绍STAR-CCM软件以及其在流场计算中的应用。
STAR-CCM的特点1.多学科耦合：STAR-CCM可以同时模拟多种物理问题，如流体流动、传热、化学反应等。
它能够实现不同学科之间的相互耦合，使得用户能够更全面地分析问题。
2.强大的求解器：STAR-CCM采用了高效的求解算法和数值方法，可以解决复杂的流场问题。
其多重网格技术和并行计算能力保证了高效率和准确性。
3.用户友好的界面：STAR-CCM提供了直观、易于使用的图形界面，使得用户能够方便地建模、设置边界条件和运行仿真。
用户可以通过拖拽、点击等操作来完成复杂的模型建立和设置。
4.大数据处理能力：STAR-CCM支持处理大规模数据，可以快速生成、分析和可视化模拟结果。
用户可以通过丰富的后处理工具来深入理解模拟结果，并做出相应的决策。
应用案例汽车空气动力学模拟STAR-CCM可以对汽车在行驶过程中受到的空气动力学影响进行模拟和分析。
通过建立汽车的几何模型并设置相应的运动条件，可以得到汽车在不同速度下受到的气流阻力、升力等信息。
这些数据对于汽车设计和优化来说非常重要。
风力发电机模拟利用STAR-CCM可以模拟风力发电机在不同风速下的运行情况。
通过建立发电机的几何模型和设置运动边界条件，可以预测发电机在不同风速下的输出功率和振动情况。
这些模拟结果对于风力发电机的设计和性能评估有重要意义。
航空航天器气动学模拟STAR-CCM可以对航空航天器在进入大气层过程中的气动性能进行模拟和分析。
通过建立航空航天器的几何模型和设置相应的气动参数，可以预测航天器在不同速度和姿态下的空气动力学特性，如升力、阻力等。
189理论研究0 引言 汽车外流场数值网格生成是为了适应数值求解汽车周围流场区域上的偏微分方程而开展的[1]。
目前，很多的汽车外流场仿真计算都采用了四面体网格，在四面体网格生成算法中，比较有代表性的有Delaunay 方法和前沿推进方法[2]。
与四面体网格相比，六面体网格克服了传统网格的诸多缺点，使梯度的计算和流动状况预测更准确 [3]。
为了探讨网格策略对皮卡车外流场仿真精度的影响，应用两种网格策略对皮卡车外流场进行仿真计算并与实验数据进行了综合比较。
1 数值模拟计算1.1 计算域的选择 应用CATIA 完成皮卡车半车模型，为了与实验结果进行比较，首先按照1:12的比例建立模型，该模型的长、宽、高分别为432mm、152mm、148.8mm。
为了提高计算精度，忽略掉后视镜、门把手等表面附件，简化皮卡车底部结构。
设置皮卡车外流场计算域为[4]：入口距车前端3倍车长，出口距车后端7倍车长，总高度为5倍车高，总宽度为7倍车宽。
由于SST k-ω模型可以充分发挥k-ε二模型对自由流和k-ω模型对壁面受限流动的处理优势[5]。
因此，本文采用SST k-ω模型进行仿真。
设置边界条件：入口为速度入口（V=30m/s），出口为自由条件，对称面为对称边界，其余壁面为无滑移壁面边界。
1.2 六面体与三棱柱的混合策略 与四面体网格相比，同样尺寸的六面体网格具有网格数量少、质量高、收敛快、计算时间少的优点。
如何能够充分发挥六面体网格的优势，就可以达到非常理想的计算结果。
因此，采取如下网格策略：在车身表面应用三棱柱，外侧应用六面体单元。
近壁面网格尺寸分别设置为3 mm 和1 mm，得到的网格数量分别为486万和551万。
2 数值模拟结果分析2.1 仿真计算对比 通过STAR-CCM+仿真计算可得，网格尺寸分别为3 mm 和1 mm 的网格模型的Cd 分别为0.478和0.445。
从Cd 的结果上看，当该混合网格策略的近壁面网格尺寸从3mm 变为1mm 时，与风洞数据0.450对比可见：仿真误差分别为6.2%和1.1%。
基于STAR-CCM+的汽车前灯热流场分析与优化Analysis and Optimization of The Internal Heat Flow for Headlight by STAR-CCM+鲁建立赵蕾贾友昌(长安汽车工程研究院，重庆渝北区双凤桥空港大道)摘 要：本文应用STAR-CCM+对长安某车型汽车前灯内部流场进行CFD分析，得出在远光灯打开状态下前灯内部空气流动、温度分布，湿度分布情况。
根据流动状况和湿度分布情况评估起雾可能性，根据分析结果给出优化方案。
关键词：前灯、CFD、湿度、起雾、STAR-CCM+Abstract：The internal flow of a Changan vehicle's headlight was analyzed by STAR-CCM+. With the high beam turned on, the internal flow field, temperature field and humidity field were calculated by CFD. The possibility of fogging in the headlight was estimated, the optimization was given.Key words：headlight、CFD、humidity、fogging、STAR-CCM+1 引言汽车前灯的设计兼顾实用和美观，前灯的使用对汽车正常行车和安全驾驶有着极其重要的作用。
现代车灯制造业运用大量先进技术，车灯质量日益完善，但车灯起雾积水仍然是一个普遍存在的问题，这一现象的发生严重影响了车灯质量和外观。
车灯出现起雾积水现象是由于设计上的失误导致车灯内部受热不均，空气流动不畅，随着车灯的开启和关闭，车灯内部的温度急剧变化，特别是在淋雨的情况，温度急剧降低使得水蒸气遇冷凝结在车灯配光镜内表面，车灯透镜材料一般为合成树脂，水蒸气在其表面凝结成水珠，严重影响照明。
基于STAR-CCM+的发电机组流场对比分析及结构优化谭礼斌;袁越锦;黄灿;余千英;刘小强【摘要】文章以康明斯6C柴油发电机组(机组型号S688CCS)为研究对象,采用STAR-CCM+分析软件对该发电机组常规型和静音型的整机流场进行分析,对比研究该发电机组2种类型流场的差异性.模拟结果表明:该机组静音型的冷却风总量低于其常规型机组,且散热器处冷却风也低于常规型机组,不利于机组散热.依据流场对比分析的结果,采用单一变量控制方法,对静音型机组的风扇罩、消音材料及附近结构、进气格栅等结构进行改进,优化了流场分布特性,从而提出了相应的结构优化方案.优化后静音型机组散热器的风量较初始结构下的散热器风量提升44.33％,冷却风总量高于常规型机组,提升比例较大.研究结果可为发电机组冷却风道的设计提供相应的理论依据.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】7页(P77-82,99)【关键词】发电机组;流场分析;数值模拟;结构优化【作者】谭礼斌;袁越锦;黄灿;余千英;刘小强【作者单位】陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所,重庆400039;陕西科技大学机电工程学院,陕西西安710021;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所,重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所,重庆400039;隆鑫通用动力股份有限公司技术中心基础研究所,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TM611.22随着我国经济的迅速发展，发电机组面临急速需求、快速扩张的战略转型。
发电机组在大型商场、学校、医院等公共场所得到广泛使用。
通用发电机组的主要组成部件包括发动机、磁电机、消声器、空滤器、起动器、散热器、罩体部件、机架及装饰件等，其中冷却风扇、散热器用于发电机组的冷却[1]。
发电机组通常分为常规型和静音型，静音型发电机组最重要的一个设计挑战是如何合理设计发电机组消音部件以满足气动声学和机组散热，确保发电机组正常运行。
第34卷 第4期 2012-04(上)【151】基于STAR-CCM+的某汽车外流场的数值模拟Numerical simulation of the vehicle external fl ow with STAR-CCM+覃 群1，黎仕增1,3，吴春玲2，黄森仁2QIN Qun 1, LI Shi-zeng 1,3, WU Chun-ling 2, HUANG Sen-ren 2（1.广西机电职业技术学院，南宁 530007；2.中国汽车技术研究中心，天津 300162；3.广西大学，南宁 530004）摘 要：以某自主品牌车型为案例，对汽车外流场CFD计算分析过程与结果做了通用性的描述，通过试验和设计数据的对比，得到了比较合理的结果。
在此基础上，模拟出汽车外流场尾部的分离流动，从压力场、速度场和流动迹线几个方面分析了模型的数值模拟结果。
对汽车虚拟技术平台CFD分析应用流程做了初步的归纳与总结，给相关设计流程以参考性的建议。
关键词：空气动力学；外流场；数值模拟中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2012)04(上)-0151-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.4(上).480 引言计算流体力学（C o m p u t a t i o n a l F l u i d Dynamics ，简称CFD ）是一门通过将时间离散为时刻[1]，将空间离散为网格结点，把物理变量离散到网格点上，进而得到离散形式的流体力学基本方程，通过计算机求解得到其近似数值解，来研究流体运动规律的学科。
在过去的几十年中，随着计算机技术的发展，CFD 技术被越来越多的应用到了汽车设计中。
整车气动性能是汽车空气动力学的核心问题[2]，在造型阶段，气动性能主要关注车辆的阻力系数。
它是汽车（特别是乘用车）最重要的参数之一，对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性等都有着及其重要的影响。
应用STAR-CCM+对汽车外流场进行分析
Vehicle External Flow Analysis by STAR-CCM+
赵志明崔津楠贾宏涛
长安汽车股份有限公司汽车工程研究院CAE所
摘要：本文利用STAR-CCM+对长安自主品牌汽车某车型的1：3缩比模型进行了汽车外流场CFD计算，得出风阻系数和升力系数，并与实验结果进行了对比。
关键词：汽车外流场 CFD STAR-CCM+
Abstract: The external flow simulation of a clay model, which was a 1:3 scale model of a CHANA vehicle, was carried out by STAR-CCM+. The main parameters, the drag coefficient and lift coefficient, had been calculated by CFD and the simulation was compared with the experiment. Keyword: vehicle external flow CFD STAR-CCM+
1 前言
随着汽车工业的迅速发展，汽车舒适性、环保、节能等成为衡量汽车品质的重要指标。
汽车空气动力特性是汽车的重要特征之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操作稳定性、舒适性和安全性。
通过汽车空气动力学研究来降低气动阻力、提高发动机燃烧效率、改进发动机冷却效果，不仅可以提高汽车动力性，而且还可以改善其燃油经济性。
对于高速行驶的汽车，气动力对其各性能的影响占主导地位，所以良好的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。
计算流体力学在汽车开发中有着重要的作用，特别是在开发前期，对造型设计有着至关重要的作用，可以说计算流体力学主导整个设计过程。
在产品开发后期，进行计算流体力学验证也是必不可少的环节。
在问题整改阶段，数值模拟作用更是重中之重，它可以给出比试验更加丰富的信息。
近年，随着计算机的发展及湍流理论的完善，计算流体力学在整车开发中的作用越来越大，它可以有效的降低开发成本、完善汽车性能、缩短开发周期。
本文利用计算流体力学软件STAR-CCM+对长安自主品牌汽车某车型的1：3缩比模型进行了空气动力学CFD计算，计算中采用了不同的湍流模型以及壁函数。
并详细分析各个矢量云图特性，得出风阻系数、升力系数，并与试验结果进行了对比。
2 建立CFD模型
2.1几何模型
本文采用的几何模型是1：3、无后视镜缩比模型如图1所示。
车轮与地面交接处用圆台连接，以确保边界层网格的质量。
图1 几何模型
本文采用其他网格生成软件进行面网格和体网格划分。
计算域与风洞实验段尺寸相当（L=8m,W=4m,H=3m）。
在车体表面的不同区域采用不同的网格尺寸，有利于提高计算精度和计算的收敛性与稳定性。
车体表面网格数目为2.5万。
在此次分析中，体网格采用四面体与六面体网格，车体附近区域为四面体网格，边界层为棱柱形网格，距离车体较远处采用六面体网格，网格总数为286万如图2所示。
图2 网格截面图与网格分布图
2.2湍流模型与边界条件
本文采用Realizable K-E湍流模型，壁面采用STAR-CCM+推荐设置—Two-Layer All y+ Wall Treatment；进口为速度进口，速度值为27.8m/s，出口为压力出口边界，其它为固壁。
3 结果分析
计算完成后，在STAR-CCM+中进行后处理，图3为车体表面静压分布云图。
图3 车体表面静压分布
从压力分布图上可以看出，在发动机舱进气格栅、空调进气口等迎风区域存在高压区，在车体尾部背风区域存在低压区。
迎风区的高压区位置分布较为合理。
车体尾部气流下沉速度较快，所以在后挡风玻璃处气压很低，尾部高压区位置偏下；尾部中间位置气体流动缓慢为流动滞止区。
图4 中截面静压分布图和速度分布图
图4给出的是中截面上的静压分布图和速度分布图，从速度分布图上可以看出，气流在前挡风玻璃处附面性较好，并未产生气流分离现象。
车体尾部下沉气流较快，低速区偏下。
图5 车体附近流线分布
在图5所示的流线图中可以看出，车体表面流线贴面性好，没有明显的气流分离产生。
在车体尾部气体流动复杂，车体顶部下沉气流与两侧内旋气流在尾部汇合，形成两个明显的漩涡。
流经A柱的气流在B柱处向上偏移，最后与顶部气流一同下沉。
图6给出的是总压为零的等值面图，可以看出在前轮附近存在较大的分离区，尾部的分离区也不很合理，都会导致气动阻力偏大。
图6 总压为0的等值面图
4 模拟值与实验值的对比
另外，此次模拟还利用High y+壁面函数进行了模拟计算，将其计算结果与实验值一同比较。
如表1所示。
表1 结果对比
数值模拟
方法 风洞试验 Two-Layer
All y+ Wall
Treatment
High y+ Wall
Treatment
阻力系数Cd 0.363 0.335 0.338 升力系数Cl 0.263 0.011
0.031
在整车CFD的计算中，RANS方法在较少网格节点数的境况下，很难确保计算的精度。
其误差一般在10%左右，网格差时甚至可达15%。
此次模拟阻力系数Cd的模拟值与实验值的误差在10%上下。
对于升力的模拟计算，低网格数时很难获得准确的结果，并且风洞试验对小模型的升力测量误差值也会偏大，因此和试验结果的差别很大。
5 DES方法模拟
为提高计算的准确性，本文采用DES湍流模型对其进行重新计算。
图6给出的是车体表面静压分布，与RANS方法相比，车体尾部的高压区位置偏下，高压区的面积及最大压力值都有所减小，阻力系数明显增大。
图6 DES方法车体表面静压分布
下图为DES方法中截面的静压分布和速度分布图，在静压分布图中车体尾部的低压区比RANS方法明显偏下；对应到速度分布图上，车体尾部低速区较RANS方法要小，且车体顶部气流下沉速度较快。
图7 DES方法中截面静压分布与速度分布图
表2给出的是风洞试验与两次模拟的Cd值的对比表。
其中RANS方法的Cd值采用Two-Layer All y+ 壁面处理的结果。
DES方法计算结果较RANS方法更接近风洞试验值，其相对误差仅为2.2%。
对于升力系数Cl，两种模型的计算结果差距都很大，有待进一步研究。
6 结论
本文对长安某车型的1:3缩比模型，分别采用RANS和DES不同的湍流模型进行计算，并与试验进行了对比。
在计算过程中发现，在网格数较少的情况下，对阻力系数来说，RANS方法计算结果与试验结果相差较大，相对误差为7.7%，DES方法计算结果接近试验结果，相对误差仅为2.2%；对于升力系数两种湍流模型计算精度都很差，有待于更加深入的研究。
Star-CCM+软件方便，快捷，设计人性化，直观清晰地用户界面能让新用户在短时间内就可熟练掌握基本操作，可视化后处理让用户轻松提取计算后需要的各项结果。
参考文献
[1] 谷正气，汽车空气动力学，2005.
[2] STAR-CCM+帮助文档。
