技术干货|HyperMesh CFD功能详解:虚拟风洞 Part 2

在上期 Part 1文章中,我们介绍了从 v2023 版本开始,虚拟风洞VWT(Virtual Wind Tunnel)模块合并到HyperMesh CFD中。用户在VWT模块中完成LBM求解器ultraFluidX的前处理设置,导出参数文件XML和模型文件STL,并在GPU服务器上提交计算。本期将继续介绍相关应用和操作。

Mesh Controls
格子尺寸设定

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  • Far Field定义风洞的参考尺寸。不同的加密等级RL(Refinement Level)是按照2^n规律加密

  • 用户无须指定时间步长,求解器会根据格子尺寸自动确定

  • 格子的生成过程是在GPU服务器上自动完成,对于设计变动,比如替换风扇的叶轮,只需要替换STL部件即可,方便批量计算

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汽车外流场模型中心对称面的格子

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格子尺寸和时间步长的关系

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  • Layers指定加密层数,一般设置4~12层

  • Distance指定加密格子的总厚度(从壁面法向算起)

  • Level指定格子加密等级

  • RL越大优先级越高,可以在同一位置指定多个Offset达到梯度加密的效果

Custom定义任意形状的加密区域,此区域须是封闭体,可以从STL数据导入,也可以在PolyNURBS工具创建。

如用户创建了自定义加密的区域,但是忘记设置为Custom,则默认为Wall壁面。

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风扇模型切面的格子显示

汽车空气动力学模型加密方法:

  • RL1的加密范围:X距离车尾3个车长,车头1个车长,Y距离一个车宽,Z一个车高

  • RL3距离车尾一个车长的距离

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发动机舱区域的加密

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气流分离区域的Custom zone加密

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重点关注区域offset加密,4层RL7(1.5mm)+12层RL6(3mm)

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  • 指定流体材料属性

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  • 指定风洞的地面移动系统,单带或五带

  • 用于汽车空气动力学分析,风扇仿真不必用

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Output 输出控制

  • 求解器将输出类型分为4种,点/切面/表面/体。用户可以分别控制输出的参数。

  • Output选项对流动计算精度没有影响,但是会影响后处理效果和磁盘占用空间。

  • 由于噪声信号处理需要对原始的时域信号做FFT,Output设置的输出频率和输出起始时间会有影响。

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  • Output Controls控制输出的全局参数。

  • Start time是时间平均值的开始时间,Average window size是窗口平均值的时间宽度。

  • output frequency是整个风洞体数据的输出频率,1亿格子的fulldata体数据可能超过10G,用户须设置合理的保存频率。

  • 输出格式支持2种,Ensight和H3D。

  • Merge output files 将多GPU计算的结果合并,通常用于噪声信号处理。

  • Coefficient on each part 记录STL各个部件对阻力/升力的贡献率。

  • Coefficient in X/Y/Z 记录切面对阻力/升力的贡献率(默认是100个切面)。

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输出全局控制

  • 沿车身x方向的Cd累计曲线

  • 结果文件路径 uFX _ coefficientsData / uFX _ coefficientsPerSection _ Avg.txt

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沿车身x方向的切面Cd贡献量

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  • 汽车各个部件对风阻贡献量的统计

  • 文件路径 uFX_coefficientsData / uFX_coefficientsPerPart_Avg.txt

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Output-Probes 监测点

  • Surface Probe壁面监测点,Volume Probe空间监测点(风扇噪声的虚拟麦克风)

  • 所有的 output 都需要设置:

    1. 开始输出时间Start Time或迭代步 Start Iteration 

    2. 输出间隔Output interval或输出频率Target Frequency或Refinement Level (监测点位置的格子等级) 

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Surface Probe记录壁面压力脉动

Output-Section cut 监测切面

  • 计算过程中切面数据保存在section cut目录 

  • 设置合理的输出频率,节省磁盘空间。动画播放一般保存50~100次

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Output-Surface监测固体壁面

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Output-Monitor Surface 虚拟监测面

  • 虚拟监测面须包含在STL中

  • Visual输出面图形数据,可以在后处理模块打开查看 Summary 输出*txt文本,记录流量/流速/压力等

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Output-Volume 空间体数据

  • Volume数据保存局部空间数据,从而避免后处理导入整个风洞体数据

  • 通常用于空间等值面,三维涡量图,三维流线的后处理制作

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Run 提交计算

  • Inflow speed: 风洞入口风速,对于风扇噪声分析设置为0

  • Run time:汽车空气动力学约3.6秒左右,风阻达到准稳定状态。风扇噪声计算,根据转速换算,通常需要旋转10~20圈,让噪声信号稳定。

  • Tim step size: 自动计算,是和格子尺寸以及声速相关的。比如格子far field尺寸0.256m,dt=0.256/(343∗√3)=0.00043 s。格子尺寸减半,则时间步长减半。

  • Number of steps:迭代步,根据Run time和Far field格子尺寸自动确定。

  • Smooth start iteration:初始时刻风速为0,迭代n步后达到指定风速,用于稳定起始时刻的计算过程。 

  • Scaling factor:时间步长的缩放系数,如设置为2,则时间步长翻倍,Run time不变的情况下,可减少一半的迭代步。但是噪声计算须关闭马赫加速系数。 

  • Moving ground / rotating wheels是用于汽车风洞的开关 

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PolyNURBS工具用于创建任意形状的空间造型,可以用自定义加密区域的创建,也可以用于空气动力学部件的创建。

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示例:创建车身的空间加密区域

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示例:创建A柱的空间加密区域

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Add / Remove Blocks from Cage 工具演示:

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PolyNURBS工具的演示动画:

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本期的 HyperMesh CFD 功能详解分享就到这里啦,下期见~


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