一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法及系统与流程

本发明属于汽车工程，尤其涉及一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法及系统。

背景技术：

1、空气动力学在新能源汽车发展过程中得到了越来越多的重视，其对汽车高速工况下的续航有着重要影响，而在汽车空气动力学开发中，普遍采用了风洞试验和cfd(计算流体力学)仿真相结合的方法，受制于风洞试验的资源稀缺和昂贵费用，cfd在整个开发流程中起着较大的作用，其具有使用方便、灵活、性价比高的特点，但对使用者的经验、流体力学理论水平有较高的要求，因此，怎么降低计算结果与风洞试验结果的误差，成为汽车空气动力学领域行业人士比较关心的问题；同时，随着新能源汽车行业的竞争日益激烈，新车型的开发周期相较五年前已压缩50％，行业对于更高效率的空气动力学性能优化开发方法及系统需求也越来越旺盛，而目前的矩形计算域的常规仿真优化开发，在使用中存在以下问题：

2、1、通过手动进行网格前处理模型计算域搭接的网格质量，影响仿真计算的收敛性，因此手动方式十分依赖于工程师的操作技巧和工作经验，难以在项目开发过程中保持高度的一致性和标准化；

3、2、仿真计算模型的求解参数设置涉及网格尺寸、体网格加密区位置大小、物理模型选择、物理边界条件设定等，且需要对整车超过3个大域和超过100个边界分别进行参数设置，工作量巨大且操作繁琐，消耗开发工程师大量的时间和精力；

4、3、本地算力可调用计算资源稀少，计算效率低(本地计算核数约占云平台计算核数的10％-50％，本地计算用时约为云平台计算的4-8倍)，而云平台计算完成后需手动下载计算结果文件，十分消耗网络宽带资源和硬盘空间(整车级cfd仿真分析结果文件所占用的存储空间超过15gb)。

5、4、人工实施后处理提取流场信息工作量较大，行业内主流的流场信息后处理分析图表包含至少7种，每种图表需要输出多个视角的结果，单个计算文件的结果文件往往需要输出100张以上的图片，耗时耗力，且人工后处理难以保障特定视角后处理信息提取产物的前后一致性和标准化，不利于优化方案流场特性细节变化的对比分析；

6、5、矩形计算域的仿真分析结果往往与风洞试验实测结果具有相对较大的误差，不利于空气动力学性能优化方案的推进，且仿真分析误差的控制高度依赖于工程师的调教经验和能力。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题在于提供一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法及系统，以提升仿真分析精度，提高汽车空气动力学性能优化开发效率，缩短车型开发周期。

2、本发明提供的基础方案：一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法，包括：

3、s1：构建包含汽车风洞仿真模型和目标车辆仿真模型的软件平台，并获取工程师对目标车辆的车面网格划分和pid命名，将包含pid命名的网格文件上传至汽车风洞仿真模型的软件平台；

4、s2：获取目标车辆内冷却模块各模组的惯性阻力系数和粘性阻力系数，并上传至汽车风洞仿真模型的软件平台；

5、s3：软件平台对目标车辆仿真模型进行位置调整、坐标系定义、基于4个wdu的位置与车轮匹配，并将目标车辆仿真模型与汽车风洞仿真模型的计算域的网格进行搭接，进而基于自动测量模块对车型关键宏观设计参数进行识别和提取；

6、s4：软件平台读取目标车辆冷却模块各模组的惯性阻力系数和粘性阻力系数，根据预设的仿真分析标准进行各个pid的体网格生成设置、边界层网络设置和物理模型设置，并同步完成各个计算域和求解器的设置；

7、s5：设置完成后上传至超算云平台进行计算，生成计算结果，并进行后处理流场信息提取，按照后处理场景种类分类进行存储。

8、进一步，所述s1包括：

9、s1-1：构建数值风洞，所述数值风洞包含汽车风洞仿真模型和目标车辆仿真模型；

10、s1-2：获取工程师对目标车辆的车面网格划分，生成网格文件，并通过pid对网格文件进行命名，所述生成的网格文件要求所划分的面无自由边、无穿刺面、无多重边、具有特征线标注；

11、s1-3：将包含pid命名的网格文件转换成预设的格式进行上传至软件平台。

12、进一步，所述s3包括：

13、s3-1：根据构建的数值风洞的定位系统，对目标车辆仿真模型进行位置调整，基于地面线数据自动完成车身姿态与天平转台的匹配；

14、s3-2：将车辆轴距中心点移动至数值风洞的天平转台中心点重合，且车身x向与数值风洞测试段坐标系x向平行，完成坐标系定义；

15、s3-3：将目标车辆仿真模型的四个wdu与目标车辆的车轮进行适配，且保持与数值风洞的坐标系对齐；

16、s3-4：将目标车辆仿真模型与汽车风洞仿真模型的计算域的网格进行布尔运算，完成搭接；

17、s3-5：应用自动测量模块对所完成布尔运算的车型数模进行自动测量，识别并提取车型关键设计参数。

18、进一步，所述s4包括：

19、s4-1：体网格生成设置具体为应用trimmer体网格，建立三级递进式体网格加密区，并对车身周围关键区域进行8mm加密；

20、s4-2：边界层网络设置具体为应用prism layer边界层网格，针对外车体和机舱内部分别应用5层和2层边界层网格设置；

21、s4-3：物理模型设置具体为计算域内风洞部分边界物理设置与实体风洞保持一致，车轮设置为旋转壁面或mrf方式模拟车轮旋转，各个冷却模块单独建立计算域并定义为多孔介质域并设置interface与风洞计算域进行连接；

22、s4-4：计算域和求解器的设置具体为通过湍流模型基于s3-5中车型关键设计参数自动测量结果自适应选取对应的模型并自动匹配对应的参数设置，并将其余设置按照标准进行设置。

23、进一步，所述s5包括：

24、s5-1：将设置完成后的结果上传至超算云平台中进行体网格划分；

25、s5-2：体网格划分完成后按照预设的检测标准进行体网格质量检测；

26、s5-3：体网格质量检测完成后使用有限体积法基于n-s方程进行仿真计算；

27、s5-4：根据计算结果进行后处理流场信息提取，并按照后处理场景种类分类进行存储。

28、进一步，所述预设的检测标准为：面有效性为0.98，网格单元质量为0.0001，体积变化为0.0001，连续体单元网格为1，连接面的面积为0，负体积为0。

29、一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发系统，应用于上述的一种基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法。

30、本发明的原理及优点在于：首先建立的数值风洞是完整数字化复现中国汽车工程研究院股份有限公司风洞中心的气动-声学风洞测试段的几何级物理条件并基于带车测试气动性能及流场分布对标调教的高仿真精度的数值风洞软件平台和集成化的仿真管理平台，包含高计算效率的云服务、自动化的网格前处理模型计算域搭接、标准化的求解参数自动设置、标准化的云端自动后处理信息提取及仿真分析结果云端在线查看和多工况对比分析功能，通过数值风洞软件平台将网格前处理模型计算域搭接、标准化的求解参数自动设置、高效率云平台计算、标准化的云端自动后处理信息提取和仿真分析结果云端在线查看及多工况对比分析功能进行整合集成，使其成为一套符合汽车空气动力学性能优化开发要求的高效率的方法和系统。

31、开发工程师应用基于数值风洞的空气动力学性能优化开发方法及系统，仅需进行3步操作即可提交仿真分析计算：①整车面网格的划分和按本系统的规则完成pid命名；②将包含pid命名的面网格文件上传至数值风洞软件平台，上传文件格式支持*.dbs、*.nas、*.stl等主流网格文件格式；③定义冷却模块各模组的惯性阻力系数和粘性阻力系数，输入的参数可以整体保存为模板，方便后续相同设置的车型提交计算时直接调用。完成以上操作后，在提交界面确认相应操作的设置，即可提交仿真分析任务。数值风洞软件平台会在后台读取导入上传的整车面网格文件，自动完成整车网格位置调整并与风洞测试段数模搭接，基于内嵌的仿真分析标准和用户输入的参数自动完成所有边界条件和求解器的设置，调用云平台完成高效并行计算，随后自动根据用户选择进行完成后处理流场信息提取，后处理的结果文件支持一键打包下载，也支持在线查看，并支持多工况结果在线对比分析。

32、因此，本发明通过上述的原理，效果在于：

33、1、能够显著提升汽车空气动力学性能优化开发的综合效率和仿真精度，统计到工程师工作量节省高达75％；

34、2、显著提升汽车空气动力学性能优化开发的标准化程度，其中仿真优化分析除整车面网格生成和pid命名外的所有工作均实现了标准化自动处理，标准化流程达到80％。

35、3、提升仿真分析精度，提高汽车空气动力学性能优化开发效率，缩短车型开发周期。