汽车空气动力学仿真软件ELEMENTS

1 ELEMENTS专业汽车空气动力学仿真软件

ELEMENTS软件是由美国ARC公司联合英国开源CAE软件供应商ENGYS公司共同研发的汽车风阻风噪分析软件。软件专注于汽车外形气动仿真,通过模块化的操作方式规范了车辆外流场的仿真流程,让流体工程能够轻松获取汽车的风阻和风噪特性。另外,软件集成了多种车辆的100多组风洞试验数据,包括轿车、掀背车、直背车、SUV、赛车、轻卡和重卡等,基于这些试验数据的修正,确保了软件仿真结果的精确性。从发布至今,该软件已得到广泛认可,客户包括通用、福特、捷豹、路虎、江淮、北汽、丰田、本田、三菱、现代、克莱斯勒等。

2 ELEMENTS汽车外形气动CFD分析模块

  ELEMENTS软件提供了两个CFD分析模块,其中之一为汽车外形气动CFD分析模块,该模块将汽车风阻CFD分析分成6个操作步骤。

1)    Start:选择车型,软件内置了8种车型,包括皮卡、卡车、轿车、桥跑车、SUV、赛车、直背车和掀背车;

2)    Vehicle Geometry:汽车模型导入和属性定义;

3)    Wheels:车轮参数设置;

4)    Porous Media:发动机舱内散热器、中冷器参数设置;

5)    Wind Tunnel:虚拟风洞建模;

6)    Run:网格划分和仿真计算;

在上述6个步骤当中,虚拟风洞建模和网格划分容易受流体工程师经验的影响,产生仿真误差。为了规避这一风险,软件自动创建虚拟风洞模型,并进行汽车外流场网格划分。为了进一步确保仿真结果的精确性,风洞模型和网格大小已根据汽车风洞试验数据进行了修正。

1 汽车气动CFD仿真步骤

2 内置车型模板

3 汽车风洞模型

4 汽车外流场网格划分

仿真完成之后,软件能够自动生成仿真结果报告,包括升力值、阻力值,各个截面压力分布、速度分布等,并能根据需要通过自编程的方式添加截面参量的输出云图。

5 气动仿真后处理报告

3 ELEMENTS 通用CFD分析模块

   除了汽车外形气动分析模块以外,ELEMENTS软件还提供了通用CFD分析模块,用以分析汽车风噪、零部件气动噪声、乘坐舒适性等。该模块操作过程分为网格划分、参数设置和执行求解三个步骤。

1)   网格划分

  软件网格划分支持STLIGES的几何格式输入,采用开源六面体网格生成程序单核或并行生成网格,生成效率高。另外,可在模型表面生成边界层,通过自检查的方式不断优化网格质量,直到所有网格通过质量检查。网格生成过程全部自动化,无需调整,极大减少工程师网格划分时间。


6 网格划分示意图

2)   参数设置

  软件全面的建模能力覆盖所有汽车应用的CFD仿真,可求解不可压/可压流+多孔介质+多相流VOF+换热+湿度+MRF+动网格等。软件还支持绝大多数以HELYX为核心的开源求解器,由于极强的开放性,用户可以自定义场求解,或文本进行批处理。

4 ELEMENTS Adjoint优化模块

   从伴随(Adjoint)优化的原理上看,由于梯度矢量的求解几乎与设计变量数目无关,使得优化工作的计算量骤减。ELEMENTS软件基于ENGYS开发的独特连续伴随优化采用了最快的梯度优化算法,能够快速进行几何模型的拓扑优化和形状优化,并支持多目标函数(>10个)。

7 伴随优化计算方法

8 空调风管拓扑优化(降低50%压降损失)


9 车型外形优化(降阻)