摘要：目前，大大批基于Navier-Stokes方程的计划流体动力学求解法子紧要依赖于非构造有限体积离散化。渊博应用的有限体积解算器只可抵达二阶空间精度，而构造有

目前，大大批基于Navier-Stokes方程的计划流体动力学求解法子紧要依赖于非构造有限体积离散化。渊博应用的有限体积解算器只可抵达二阶空间精度，而构造有限差分码可能轻松地处理众达五阶的空间离散化题目。为清晰决繁杂几何构造的滚动题目，采用了非构造有限体积算法，避免了手工构制繁杂几何构造网格的繁琐和耗时。通过应用overset网格和NASA的overset网格求解器Overflow，构造化的有限差剖析可能用于繁杂的几何形态，如DrivAer[1]模子。与守旧的有限体积形式比拟，这允诺搜捕更高阶的滚动构造。本文将有限体积法和有限差分法计划的流场解与DrivAer模子的试验结果实行了较量。

正在这个模仿中，DrivAer速背模子采东西有腻滑地板和后视镜，其余，为了简化模子，去除车轮、轮胎形态并用两个平圆关闭。

Chimera网格法子最早由Steger等人正在1983年提出，用于正在飞机等繁杂几何构造上采用有限差分形式，它供应了一个蕴涵各样用具的软件包来创筑重叠网格。

Overflow是一种三维隐式Navier-Stokes流求解器，实用于构造化单网格和翻转网格。可认为单个网格抉择计划选项，允诺用户优化数值计划。比如，网格可能抉择应用壁函数、薄层、全粘性、层流或无粘性。平凡的做法是将离体网格实行层流，以淘汰计划机应用年华。全鸿沟的代数，一个方程，两个方程，和DES湍流模子是可用的。波音公司正在安排周期中渊博应用Overflow，蕴涵产物开垦和安排优化，以增补风洞和飞翔测试结果。NASA正在航天飞机项目中渊博应用Overflow，从20世纪80年代唯有30万个点的网格兴盛到跨越1亿个点。它正在哥伦比亚号事变后被用于赞成返回航班之前的从头安排做事。将五阶空间精度形式凯旋地操纵于直升机尾迹互相效力症结叶片构造动力学和声常识题的筑模。高阶精度与自符合网格紧密化相连系是直升机旋翼尾迹繁杂互相效力筑模的症结。并将其操纵于实践直升机高速向前飞翔时远场声学的直接计划。Overflow的另一个利益是，它应用MPI和OpenMP全部并行化，而且可能正在恣意数目的管理器上运转。

将滑移壁要求操纵于蕴涵地面和轮胎接触面正在内的一切区域。入口采用自正在流要求，出口采用外推的出口。因为车辆y=0轴的几何形态是对称的，为了降低计划年华，采用半车的款式实行仿线倍轮距，测试段的停顿率为0.25%。

应用ANSA从原始CAD文献创筑了包面，并用三角网格实行面网格划分。正在这里应用适合的网格区别率和构造来维系外貌曲率是很紧要的。非构造化DrivAer前端参考面的一个例子如图1所示。非构造化曲面以mesh.tri文献的款式引入，然后应用SEAMCR用具正在Chimera网格用具中提取鸿沟弧线。构制这些鸿沟弧线以隔绝机体的紧要外貌，如窗边、顶边、筋膜边等。用弧线将一个区域四面笼罩起来，并应用Chimera网格用具中的SRAP正在相对的双方创立用户指定伸长率的等量点。然后正在SURGRD适用轨范中应用弧线来创筑一个构造化的外貌网格，并将其投影到参考的.tri文献中。构造弧线和投影曲面的一个例子如图2所示。正在创筑完了构化的外貌网格之后，Chimera网格用具用具SRAP可能再次应用，不光可能调解外貌上的极点数目，况且还可能正在每个宗旨上以非各向同性的方法双曲伸长网格。任何超越的周围或特质动作其自己的外貌，如此各向异性网格间距可能用来有用地显示外貌曲率低落到0.1 mm。最终的构造化DrivAer外貌被剖析为176个独立的重叠曲面，由图3可睹。半车的最终外貌极点数约为110万个。图4显示了前脸上最终翻转外貌的细致视图。

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为了维系y+值小于1，应用了0.01 mm的第一节点隔绝。为了降低蒙皮摩擦预测的精度，前4个节点的伸长率为1;为了革新重叠，结果四个节点的伸长率也为1。正在亲近模子的鸿沟层网格中，除上述节点外，指定伸长速度为1.2。近体网格距体偏移0.1 m，以近似配合离体细胞间距。创筑了一个剧本来自愿为每个网格天生卷网格。大大批网格可能用相通的输入创筑。其余的网格必要定制滑腻值，以维系正的雅可比矩阵和足够的重叠以实行网格通讯。对待如图5所示的例子，引擎盖和挡风玻璃网格是自愿天生的。橙色的网格必要卓殊的滑腻来维系网格的质料。车辆边际是一个间隔为0.005米的匀称笛卡儿盒子。正在一切宗旨上具有两倍网格间距的第二笛卡尔盒环绕第一盒，并延长到墙壁、进口和出口鸿沟。

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因为轮胎接触区几何形态的繁杂性，正在接触区相近的任何CFD模仿都应当实行分外管理。对待接触面上的网格，为了确切地模仿滚动，务必采用几个举措。

正在此模仿中，轮胎接触块通过创筑圆形接触块网格实行网格划分。该网格正在接触网格上有两个职分:一是界说笔直接触网格的鸿沟，二是创筑足够的重叠，使网格消隐后，接触网格与边际情况之间有足够的周围点。图6显示了轮胎接触贴片的侧视图，血色圆形接触贴片网格界说了正在网格下去除地面以下和接触贴片环内的轮胎(棕色)后，接触贴片的形态(图7)。

为了模仿轮胎的挽救，对轮胎的鸿沟要求编写了自界说的鸿沟要求。对轮胎施加一个挽救壁面速率，然后外推压力和密度。

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正在Overflow中有两种法子用于域贯串。第一个是显式孔切割，用于正在Overflow[12]内模仿非定常运动的旋翼叶片。用户供应外貌，然后应用x射线实行映照。这些曲面由求解器存储，并可能通过供应的运动或6DOF运动来搬动。第二种法子，隐式孔洞切割，应用外部代码PEGASUS。PEGASUS可能天生网格贯串音信，而不必要用户供应众少音信。正在这项做事中采用了显性和隐性的法子。这些域贯串性法子开始确定必要删除的网格区域。滚动求解器不会正在空缺的网格点上计划解。当应用x射线时，从这些外貌的偏移被显式创立为用户输入，或者正在应用隐式孔切割时自愿计划。正在每个网格或空缺区域的鸿沟上，必要插值模板。最众三个周围点用于插值模板，以允诺数值形式正在网格鸿沟上维系5阶。图8显示了正在离体网格中切割的孔的示例。第一个盒子(橙色)正在隔绝驾驶员外貌0.06米的设定隔绝处被打黑。外框(蓝色)然后正在内框区域内消隐。总共网格由6700万个点构成，此中有810万个插值周围点和620万个空缺点。然后应用流量求解器来计划剩下的5300万个点。

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为了无量纲化模仿模仿，以车辆轴距L=1.1172m为根底扩展网格。基于车辆长度，雷诺数为5.05×106，自正在流速率40m/s，干燥氛围为20℃。用于力系数计划的车辆正面面积为0.3457m2，所得系数翻倍以符合半车模仿。

为了加快收敛速率，计划最先应用网格排序。第一个一千步是正在每8个点上跑一次，下一个一千步是正在每4个点上跑一次，正在每一个宗旨上每其余一个点跑一千步。模仿用了5000个全区别率举措落成。模仿进程采用非年华无误的法子，并依据当地CFL数值实行步长计划。低马赫数预管理采用了五阶Roe迎风计划，ARC3D对角线化射束升温标量五对角线正在左侧。采用全粘性湍流模子对总共区域实行了数值模仿。

因为重叠网格的特征，有时会有众个极点攻克统一空间。为了避免正在整合进程中反复计划车身部位，应用MIXSUR缝合单个外貌。正在运转模仿时，OVERINT适用轨范被用来计划力系数和力矩正在任何用户指定的外貌和或组件。

代表阻力和升力的总力系数由Heft等人[1]依据Guilmineau等人[9]的试验和数值结果给出。其余，Guilmineau等人的供应了后玻璃沿跨度的压力散布，可能很容易地与本文确当前结果实行较量。试验中央线压力系数散布由Heft 等人获得，与方今Overflow结果和Guilmineau等人数值结果比较如下:值得防卫的是，Guilmineau等他应用的是EARSM湍流模子。

比较图9中的试验结果和数值结果，正在罩前逆压区，Overflow结果相对待有限体积结果有微小的革新。正在前挡板唇处负Cp初始超调后，Overflow结果复原压力的速率要速于正在-280mm（引擎罩前端）到160mm（罩口）鸿沟内有限体积的结果。正在480mm（顶棚最先处），Overflow计划结果与有限体积预测结果比拟，与试验结果具有更好的合联性;然而，这一区域的预测Cp险些是试验的0.25。这是一个必要进一步探讨的项目。酿成这种分别的一个潜正在来源也许是因为正在试验中浮现的CFD模仿中没有顶板推力杆，这将正在顶板中央线上形成正压力。另一个潜正在的来源也许是因为创设的驱动器正在窗口到屋顶过渡与供应的CAD不相通。即使酿成这种分别的这些假设来源都不创制，那么就必要对这种流形态实行严谨的合怀。

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正在图10后侧玻璃区域的后侧中央线Cp散布上，咱们可能看到车顶Cp被大大低估了。对待有限体积的结果也是云云，然则Overflow的结果正在这个区域更亲密试验结果。从后玻璃最先(1150mm)到后备箱盖最先(1400mm)，可能以为是一个逆压梯度区。

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合于Cp散布必要防卫的另一项是，正在每次几何革新时，Overflow结果显示正在锐利的鸿沟或周围上高阶计划也许浮现的更大的不连气儿点。

图11、图12为车辆底部中线Cp。正在车辆前部，Overflow的结果与前两个试验数据点相同，但对前轮中央线mm)相近的压力预测不够。正在亲密车辆尾部时，如图11所示，Overflow结果最先比有限体积结果复原得更速。

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正在地板的结果一部门，如图12所示，一切三个结果都低估了试验压力。然而，Guilmineau的DES结果配合后保障杠之前的结果一个数据点比两个RANS模仿更好。

与图11和图12中车轮中央线以下的试验比拟，所少睹值模仿的偏置都惹起了人们对进入滚动道面的鸿沟层廓线和正在试验丈量功夫的驾驶员驾驶高度的合怀。其余，试验正在8%的停顿率下实行，没有压力删改，而模仿的停顿率为0.25%。

除图9外，图13、图14和图15辞别供应了Y/L跨度为0.05、0.10和0.125的Cp图。这些地块允诺较量Overflow和有限体积的结果，从屋顶后部和后面的玻璃。

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图16、图17、图18供应了总共外貌Cp散布。图16可能直接与Heft的试验前后窗压力散布实行较量，结果很是吻合，十分是正在后窗中央线以下。最低的压力系数爆发正在a柱，侧镜和前轮胎边际。

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给出了挽救轮胎下fastback DrivAer几何的五阶有限差分时均解，并与试验结果和有限体积结果实行了较量。固然给出的结果是半车均匀和年华均匀的，但五阶有限差分形式显示了很好的结果，表理会进一步兴盛的需要性。通过方便地镜像方今的网格，可能将模子从半辆车校正为一辆完美的车。正在计划进程中，构造化的遮盖网格也可能自正在地正在域上搬动，允诺一个网格有几个几何宗旨。其余，正在创筑了总共模子之后，切换部门几何体诟谇常方便和有用的。正如预期的那样，Overflow的结果并没有全部复制Heft的试验。RANS的结果正在这里提出，然而复制试验与以前的年华均匀有限体积的结果具有更高的无误性。其余，Overflow供应了更速的计划年华，同时必要更少的计划机内存和存储，还思虑了可压缩流和5阶空间精度的计划。所以，构造有限差分重叠网格也许是汽车CFD有限体积代码的一个温柔的取代计划。

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