Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Добрый день, дорогие читатели. В данном посте я хочу рассказать, как посредствам внутреннего анализа во Flow simulation выполнить внешний анализ детали или конструкции на определения коэффициента аэродинамического сопротивления и результирующей силы. Так же рассмотреть создание локальной сетки и задание целей ‘цель-выражение’ для упрощения и автоматизации расчетов. Приведу основные понятия по коэффициенту аэродинамического сопротивления. Все эти сведения помогут быстро и грамотно спроектировать бедующее изделия и в дальнейшем распечатать его для практического использования.
Коэффициент аэродинамического сопротивления (далее КАС) определяется экспериментально при испытаниях в аэродинамической трубе или испытаниях при движении накатом. Определение КАС приходит с формулой 1
КАС разных форм колеблется в широком диапазоне. Рисунок 1 показывает эти коэффициенты для ряда форм. В каждом случае предполагается, что воздух, набегающий на тело, не имеет боковой компоненты (то есть движется прямо вдоль продольной оси транспортного средства). Обратите внимание, что простая плоская пластина имеет коэффициент аэродинамического сопротивления 1.95.
Аэродинамика | Science Garage На Русском
Этот коэффициент означает, что сила лобового сопротивления в 1.95 раза больше, чем динамическое давление, действующее на площадь пластины. Крайне большое сопротивление, создаваемое пластиной, связано с тем, что воздух, растекающийся вокруг пластины, создаёт область отрыва гораздо большую, чем сама пластина.
В жизни в дополнение к составляющей ветра, вытекающей из скорости движения автомобиля, учитывают скрость находящего ветра на автомобиль. И того для определения скорости потока верно следующее утверждение V=Vавто+Vветра.
Если находящий ветер является попутным то скорость вычитается.
Коэффициент аэродинамического сопротивления нужен для определения аэродинамического сопротивления, но в данной статье будет рассматриваться только сам коэффициент.
Исходные данные.
Расчет выполнялся в Solidworks 2016, модуль Flow simulation (далее FS). В качестве исходных данных были взяты следующие параметры: скорость вытекающая из скорости движения автомобиля V=40 м/с, температура окружающей среды плюс 20 градусов Цельсия, плотность воздуха 1,204 кг/м3. Геометрическая модель автомобиля представлена упрощенно (см. рисунок 2).
Шаги задания начальных и граничных условий во Flow simulation.
Процесс добавления модуля FS и общий принцип формирования задания на расчет описан в этой статье, я же опишу характерные особенности для внешнего анализа посредствам внутреннего.
1.На первом шаге добавляем модель в рабочее пространство.
SolidWorks — #Mitsubishi #Lancer — Выбор спойлера. Первый расчёт . Лобовое сопротивление
2. Далее моделируем аэродинамическую камеру прямоугольного сечения. Главная особенность при моделирование это отсутствие торцов, иначе мы не сможем задать граничные условия. Модель автомобиля должна находится в центре. Ширина трубы должна соответствовать 1,5* ширины модели в обе стороны, длина трубы 1,5*длины модели, от задней части модели и 2*длины автомобиля от бампера, высота трубы 1,5*высоты машины от плоскости на которой стоит машина.
3. Входим в модуль FS. Задаём граничные условия на первой грани входной поток.
Выбираем тип: расход/скорость->скорость на входе. Задаём нашу скорость. Выбираем параллельную грань к передней части авто. Нажимаем галочку.
Задаём граничное условие на выходе. Выбираем тип: давление, всё оставляем по умолчанию. Жмём галку.
Итак, граничные условия заданы переходим к заданию на расчёт.
4. Нажимаем на мастер проекта и следуем инструкции по рисункам ниже.
Источник: 3dtoday.ru
МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ АВТОМОБИЛЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
Программный комплекс FlowVision предназначен для виртуального продувания различных объектов с целью исследования их аэродинамики. Поддерживаются различные скорости набегающего потока, а также задание степени турбулентности (возмущѐнности), анализируется в работе [1].
Моделирование происходит в трѐхмерной постановке, согласно принципу «как есть», то есть существует возможность исследования полной геометрической модели без упрощений. При этом пользователь может выбрать степень детализации моделируемого объекта, обеспечивая, при необходимости, разумный компромисс между точностью и временем вычислений.
В основе математического алгоритма, используемого в FlowVision, лежит закон сохранения масс и теоремы Остроградского Гаусса, то есть нахождения среднего значения в объѐме на основе данных на границах. Получение более точного решения обеспечивается за счѐт разбиения расчѐтного объѐма на ячейки меньшего размера.
В FlowVision для построения сетки используются ячейки в виде прямоугольных параллелепипедов. FlowVision позволяет моделировать подвижные тела, придавая им поступательное или вращательное движение, комбинируя следующие способы: определение скорости движения тела; определение силы, действующей на тело; воздействие среды на тело. Программный комплекс FlowVision позволяет моделировать использовать параллельные вычисления в автоматическом режиме, при этом от пользователя только требуется указать количество ядер. Разбиение области между процессорами и обмен данными алгоритм выполняет самостоятельно. Семейство программ ANSYS включает в себя программы для расчѐта прочности, долговечности, динамики жидкости, газа и твѐрдых тел, а также междисциплинарный анализ.
Программный комплекс ANSYSCFX, описанный в работе [2] – это мощный инструмент, предназначенный для оптимизации разработки конструкций, с учѐтом динамики жидкости и газа. Адаптивная архитектура позволяет выполнять различные действия, такие как анализ течения жидкости и взаимодействия сложных структур.
Для построения сетки используется компонент ANSYS Meshing, который предоставляет множество различных технологий построения сетки. Пользователь также имеет возможность редактировать сетку и строить структурированную гексагональную сетку.
Ядром модуля ANSYS CFX является современный алгебраический многосеточный сопряженный решатель, в основе которого лежит технология Coupled Algebraic Multigrid, которая позволяет получить точные результаты за малое время. Поддерживается возможность корректировки граничных условий и параметров решателя во время выполнения расчета без необходимости останавливать решатель.
В ANSYS CFX применяется схема дискретизации второго порядка точности по умолчанию, что обеспечивает приемлемую погрешность. Использование технологии сопряженных решателей ANSYS CFX дает значительные преимущества при проведении любого расчета, неважно, для вращающихся машин, многофазных потоков, горения или для любой другой физической модели и позволяет получить устойчивые и масштабируемые решения для задач динамики жидкостей и газов.
Решатель ANSYS CFX разрабатывался с учѐтом требования эффективности при параллельных расчетов. Это стало особенно актуально, ввиду распространения многоядерных процессоров и кластеров. При этом ANSYS CFX обладает масштабируемостью, позволяя эффективно использовать доступные процессорные ядра и оперативную память.
Точность расчетов также сильно зависит от выбора адекватной физической. Модуль ANSYS CFX содержит большое количество физических моделей. При этом обеспечивается взаимодействие между физическими моделями с различными типами элементов и соединений сеточных интерфейсов, что позволяет выполнять сложные междисциплинарные расчеты. ANSYS поддерживает такие модели как турбулентность, вращающиеся машины, многофазные потоки, теплообмен и радиационный обмен, горение, жидко-конструкционное взаимодействие, движущаяся сетка и погружѐнные в жидкость твѐрдые тела.
Как показано в работе [3] STAR-CCM+ является одним из наиболее современных программных комплексов, разработанных для решения задач механики сплошных сред. STAR-CCM+ использует такие как решатели, как связанный (coupled solver) и распределѐнный (segregated solver).
Особенностями STAR-CCM+ являются: средства работы с сетками: восстановление целостности поверхности (surface wrapping), создания сеток различной конфигурации из многогранных ячеек, в том числе произвольны. Использование этих средств существенно сокращает время решения задачи; поддержка большое количества физических моделей: как турбулентные, так и ламинарные течения, ньютоновские и неньютоновские жидкости, многофазные среды, излучение, горение, развитие пограничного слоя, кавитация, сверхзвуковые течения, сопряженный теплообмен и другие; средства визуализации: пользователь может видеть результаты в процессе расчѐта и изменять параметры; надежность результатов: устойчивый решатель STAR-CCM+ работает без аварийных остановов; модели совместимы с существующими программными продуктами: STAR-CD, ICEM, GridGen, Gambi; масштабируемость параллельных вычислений: позволяет использовать модели, состоящие из 1 млрд. и более ячеек; решение задач прочности (совместно с газодинамикой); средства построения сеток STAR-CCM+ включают в себя ряд алгоритмов, таких как; восстановления целостности поверхности (Surface Wrapper): позволяет автоматически исправлять сложные CAD-модели, что позволяет получать замкнутую поверхность при каждом использовании; средства перестроения поверхностной сетки (Surface Re-meshing): перестраивает импортированную сетку для получения поверхностной сетки, оптимизированной для проведения расчѐтов. Есть возможность построить на еѐ основе объѐмную сетку из многогранных ячеек; средства построения сеток их многогранных ячеек (Polyhedral Meshing): повышает точность вычислений моделей со сложной геометрией; технология ―усеченных‖ ячеек (trimmed cells): повышает надѐжность работы с многогранными ячейками, избегая ошибок связности и (couple errors) «плохих» ячеек (unresolved cells); построения сеток различной конфигурации для различных частей модели (Multi-regionmeshing): такие возможности позволяют строить расчетные сетки для решения задач сопряженного теплообмена, моделирования пористых сред, а также вращающихся механизмов; «конвейерная» методика (―pipeline‖ methodology): эффективна пир наличии нескольких конфигураций модели. Позволяет подбирать различную степень и места сгущения, форму сетки, а также полностью перестроить еѐ. Также возможно отображение результатов на новую сетку для получения начальных условий для более быстрой сходимости; оптимизация построения сеток под решатель (Solver-optimized meshing): алгоритмы разработки решателя и построителя сеток находятся в тесной взаимосвязи, улучшая точность вычислений.
Таким образом, как было сказано выше, при проведении экспериментов моделирования аэродинамики автомобиля используются современные программные комплексы, предназначенные для виртуального продувания различных объектов с целью исследования их аэродинамики; позволяет моделировать подвижные тела, придавая им поступательное или вращательное движение; использовать параллельные вычисления в автоматическом режиме. Также, они предназначены для оптимизации разработки конструкций, с учѐтом динамики жидкости и газа, включающие в себя комплексы разработанные для решения задач механики сплошных сред.
Источник: izron.ru
Виртуальная аэродинамическая труба. Часть 1.
Привет, друзья! 🙂
После того как я опубликовал небольшой очерк о создании ведомой звезды для мотоцикла в программе Autodesk Inventor, я получил кучу положительных отзывов в комментариях и не меньшую кучу вопросов в личку, которые дают понять, что область инженерного программного обеспечения очень мало освещена на драйве, хотя вызывает большой интерес у посетителей сайта и моего блога в частности. Поэтому по мере своих сил буду стараться исправлять эту ситуацию.
В той статье я обещал сделать обзор виртуальной аэродинамической трубы — программного обеспечения, которое позволяет «продуть» цифровую модель автомобиля, построить карту потоков воздуха вокруг кузова и давления на него, рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля и прочие полезности.
Моделирование и расчет воздушного потока — это очень ресурсоёмкая и затратная по времени операция, к слову — стабилизация и расчет воздушного потока в виртуальной аэродинамической трубе на четырехядерном процессоре i7 с 16 Гб оперативной памяти и игровой 4Гб видеокарте, занимает больше часа времени. Поэтому прежде чем запустить процесс я задумался — какую модель надо просчитать?
Думаю, будет правильно, если мы решим сообща — модель какого автомобиля вы хотели бы поместить в аэродинамическую трубу?
Возможные варианты из доступных мне высокодетализированных, полноразмерных моделей:
1) AUDI Q7
2) HONDA CIVIC Sedan
3) MAZDA 6 MPS 2009 (со спойлером и без)
4) AUDI RS5
5) MAZDA CX-7
6) CHEVROLET AVALANCHE
7) BMW X6
8) MAZDA 6 2012 (с антикрылом и без)
9) AUDI R8
10) HONDA CR-V 2011 (со спойлером и без)
11) CHEVROLET CAMARO 2013
12) DODGE CHARGER 2011 (с антикрылом и без)
13) VOLKSWAGEN SCIROCCO 2013
14) CITROEN C4
15) AUDI A2
16) MITSUBISHI LANCER EVO X (с антикрылом и без)
17) LEXUS IS-F
18) NISSAN GTR 2013 (с антикрылом и без)
19) AUDI TTS
20) OPEL AMPERA
21) RENAULT MEGANE COUPE
22) OPEL INSIGNIA
23) ALFA ROMEO BRERA
24) CITROEN C2
25) MASERATTI GT
26) MINI COOPER S
27) MERCEDES ML 500 2013
28) MERCEDES SLS AMG
29) BENTLEY CONTINENTAL SUPERSPORTS
30) BMW 6
31) AUDI A8 2013
32) LAMBORGHINI GALLARDO
33) FERRARI 458 ITALIA
34) PORSCHE PANAMERA
35) RANGE ROVER 2013
Почти с двукратным преимуществом перед остальными участниками вперед ушли MITSUBISHI LANCER EVO X и RANGE ROVER, у обоих автомобилей по 9 голосов. Ждем до вечера субботы и выбираем одну из этих машин.
Вот скриншоты некоторых моделей:
Через несколько дней подведу итог и модель, набравшую больше всех голосов в комментариях отправлю на моделирования в виртуальную аэродинамическую трубу с последующим, интересным отчетом и подробными скриншотами процесса
Спасибо вам за интерес к моим статьям и отдельное спасибо за ваши отзывы — они вдохновляют на создание новых, интересных материалов.
UPD1 11.07.2015
Итак…
Почти с двукратным преимуществом перед остальными участниками вперед ушли MITSUBISHI LANCER EVO X и RANGE ROVER, у обоих автомобилей по 9 голосов. Ждем до вечера субботы и выбираем одну из этих машин.
Источник: www.drive2.ru