Ahmed Body в FlowVision: моделируем вместе. Часть 1. - Инженерный подход к решению

Содержание материала

Инженерный подход к решению

 Величина коэффициента сопротивления автомобилеподобных моделей складывается из сопротивлений:

  • давления, обусловленного воздействием скоростного напора;
  • трения, учитывающем вязкостные эффекты;
  • интерференционного, обусловленного смешением трёхмерных воздушных потоков вблизи поверхности с образованием вихрей.

26

Интерференционное сопротивление автомобиля обусловлено наличием выступающих деталей на поверхности кузова. Возмущения, вносимые этими деталями, взаимодействуют с основным воздушным потоком с образованием вихрей.

В нашем случае модель гладкая и влияние интерференционного сопротивления предположительно крайне мало.

Сопротивление давления всего тела можно рассматривать как сумму сопротивлений от отдельных поверхностей: носовой поверхности (front), скошенной (slant) и задней (back). Оставшиеся части модели в эксперименте не участвовали. 

В эксперименте Ахмеда получено не только суммарное значение коэффициента сопротивления при обтекании потоком со скоростью 60 м/с (Сх=0,287), но и вклад от сопротивлений давлений для каждой из поверхностей.
Оставшаяся после вычитания 27 величина составляет сопротивление трения.

Нельзя пренебрегать заданием шероховатости модели, так как эта величина существенно определяет сопротивление трения.

Таблица 4. Вклад сопротивлений от давления и трения (экспериментальные данные)
28

В ходе работы был выдвинут ряд предположений о факторах, влияющих на величину коэффициента сопротивления:

  • Влияние отрыва потока с носовой части

Чтобы при моделировании достичь реального положения точки отрыва, требуется обеспечить подход к точке отрыва с определённым градиентом скорости и давления. Точность вычисления этого градиента зависит от степени разрешения сетки области перед носком модели.

  • Влияние вихревой структуры в донной области

Это предположение возникло при попытке уменьшения области адаптации в зоне донного следа – результаты ухудшились. Предположительно, разрешение вихря влияет на величину Cxback.

  • Существенное влияние скошенной части тела

Cопротивление давления от скошенной части, составляет 50% от суммарного сопротивления. 

Выбор сетки 

Так как сетка, при которой обеспечивалась сходимость решения, требует огромных вычислительных ресурсов, то основной идеей стало определения оптимальной конфигурации адаптации расчётной сетки для получения максимально точного совпадения с экспериментальными данными.

Поиск оптимального набора адаптаций выполнялся по следующему алгоритму:

1. Начальная сетка
11Количество ячеек: 286∙73∙66 = 1 325 971
Y+ = 502
Линейный размер пристеночной ячейки: 0,01 м.

2. Адаптация области донного следа 1-ым уровнем адаптации в параллелепипеде с размерами 1,8 х 0,5 х 0,35 м.
12Количество ячеек: 3 248 035
Y+ = 364
Линейный размер пристеночной ячейки: 0,005 м.

3. Адаптация области донного следа 1-ым уровнем + адаптация 2-ым уровнем области вблизи скошенной и задней поверхностей:
Размер параллелепипеда #2: 0,35 х 0,35 х 0,25
13

Количество ячеек: 4 499 150
Y+ = 317

4.  Адаптация области донного следа 1-ым уровнем + адаптация 2-ым уровнем области вблизи скошенной и задней поверхностей:
Размер параллелепипеда #2: 0,35 х 0,15 х 0,22
14

Количество ячеек: 3 862 714
Y+ = 290

По результатам проведённых расчётов для сетки с разной комбинацией адаптаций была составлена сводная таблица.

Таблица 5. Значения коэффициента сопротивления для разных расчётных сеток

15

Для 4-го расчётного случая подтверждено предположение о существенном влиянии сопротивления давления от скошенной поверхности тела. Показано, что в этом случае достаточным является адаптация лишь малой области непосредственно над скосом.

Для 3-го расчётного случая рассогласование с экспериментом (Сх=0,287) составляет 0,8%, для 4-го расчётного случая – 1,2%.

Для дальнейших расчётов выбираем 4-ый вариант расчётной сетки.

Выбор модели турбулентности

Мы уже рассказывали о моделировании турбулентности во FlowVision.
Выбор той или иной модели турбулентности может повлиять на результаты численного эксперимента.

Ранее все результаты этой работы были получены для SST модели турбулентности. Для уверенности в правильности выбранной модели проведём ещё один тестовый расчёт.

Для начальной сетки (для упрощения расчёта) заменим SST - модель на KES.

Таблица 6. Влияние модели турбулентности
16

Расчёты показали, что результаты полученные с SST моделью более точно согласуются с экспериментальными данным (Сх=0,287).