ANSYS CFD在汽车行业的解决方案
ANSYS在汽车零部件设计中的应用
ANSYS在汽车零部件设计中的应用1.引言汽车行业是世界上最大的制造业之一，产品质量和安全性是其最重要的关注点之一、为了提高产品性能和缩短开发周期，汽车制造商和供应商越来越多地依赖于计算机辅助工程（CAE）软件，如ANSYS。
ANSYS是一个广泛应用的工程模拟软件，可以用于各种零部件设计和性能分析。
2.压力和应力分析在汽车零部件设计中，压力和应力分析是非常重要的。
ANSYS可以模拟和分析零部件在真实工况下的力学行为。
通过对零部件施加不同的载荷和边界条件，可以计算出零部件内部的压力和应力分布。
这对于验证设计的强度和可靠性非常重要，可以确保零部件在实际使用中不会出现故障或失效。
3.振动和声学分析振动和噪声是汽车零部件设计中的另一个重要考虑因素。
通过ANSYS的振动和声学模拟功能，可以预测和优化零部件的振动和噪声性能。
例如，可以预测发动机零部件在高转速运行时的振动情况，并采取合适的措施来减少振动和噪声水平，提高乘坐舒适性和驾驶体验。
4.热分析在汽车工程中，热管理是一个重要的设计考虑因素。
ANSYS可以模拟和分析零部件在不同工况下的热行为。
例如，可以预测引擎零部件在高温环境下的热应力，以及制动系统在长时间刹车时产生的热量。
通过对热行为的分析，可以优化零部件设计，确保其在复杂的热环境中具有良好的性能和耐久性。
5.流体动力学分析流体动力学分析在汽车零部件设计中也起着重要的作用。
ANSYS可以模拟和分析零部件在空气或液体流动中的行为。
例如，可以预测车身外部的气流情况，并通过优化车身形状来减少风阻和提高燃油效率。
此外，还可以分析发动机冷却系统的流量和温度分布，以确保引擎在不同工况下具有良好的冷却效果。
6.材料特性分析材料特性是汽车零部件设计中的另一个重要方面。
ANSYS可以模拟和分析不同材料在不同工况下的力学性能和耐久性。
通过对零部件使用不同材料的模拟和比较，可以选择最合适的材料，以满足设计要求并提高零部件的性能。
ANSYS推出的最新解决方案助力实现高效可靠的汽车、移动和HPC电子设计
其实 ， 三 星今 年 １ 月 已先 为某关 键客 户 ， 打造第 颗内含 ６ ４层 Ｖ — Ｎ Ａ Ｎ Ｄ芯 片 的 固态 硬 盘 （ Ｓ Ｓ Ｄ） ， 自此 之 后 ，三星持 续朝 移动 与消 费型储存 市 场开发 新应 用 ， 力求 与 Ｉ Ｔ产业 同步化 。 （ 来 自三星 电子 ）
近 日， 莱 迪 思 半 导体 宣 布 ， 旗下 Ｅ Ｃ Ｐ ５ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ解
决方 案 已被应 用 于智 能监控 和汽 车领 域 中的 网络边 缘嵌 入 式视 觉应 用 。 Ｅ Ｃ Ｐ ５ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ系列 能够 实 现低 功 耗、 小 尺寸 、 灵 活 的互 连 解决 方 案 ， 可 以实 现用 于智 能 交通 摄 像 头 车 牌 检 测 和 图像 增 强 的 Ｃ Ｐ Ｕ加 速 功
能。
耗 。随着 这些 芯 片的规模 和复 杂性 不断增 加 ，新 型
设 计 方法需 要 提供精 心优 化 的工具 ，以便 快速 准确
地分 析 和管理 数据 。Ｒ ｅ ｄ Ｈａ ｗ ｋ — Ｓ Ｃ 、 Ｐ ａ ｔ ｈ — Ｆ Ｘ和 Ｃ ＭＡ
可 帮助企 业充 分满 足高 级驾驶 员辅 助系统 、移 动 电
话、 Ｇ Ｐ Ｕ支持的人工智能 以及数据中心网络等 １ ３ 益
增 长 的电子 系统要 求 。 （ 来 自Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ）
三星 ６ ４层 Ｎ Ａ Ｎ Ｄ闪存 宣 布 量产
三 星 电子近 日宣 布 ， 最新 ６ ４层 ２ ５ ６ Ｇ Ｂ Ｖ — Ｎ Ａ Ｎ Ｄ 闪存 已进 入量 产 ， 与此 同时 ， 三星还 将扩展 包含 服务 器、 Ｐ Ｃ与移 动设 备 的储 存解 决方 案 。 ６ ４层 Ｖ — Ｎ Ａ Ｎ Ｄ闪存 用 称为第 四代 Ｖ — Ｎ Ａ Ｎ Ｄ芯
CFD技术在汽车整车产品设计中的应用
CFD技术在汽车整车产品设计中的应用简介✓阻力、升力、侧向力分析✓泥/水附着、车辆涉水分析✓气动噪声、噪声传播分析ANSYS FLUENT可以对汽车整车进行详细的空气动力学仿真，获得详细的流场细节特征分布情况，使用户更好地理解整车的空气动力学性能，为气动减阻、降噪等问题提供帮助。
✓包含发动机舱的整车详细空气动力学分析✓冷却风扇、冷凝器、散热器的分析✓传导、对流及辐射换热分析ANSYS FLUEN可以对整车及发动机舱进行热管理分析，获得详细的冷却模组进气量及温度场细节特征分布情况，为机舱内部的热设计、热保护提供帮助。
发动机舱热管理问题空气动力学、气动噪声问题汽车是由几千个零部件组成的复杂产品，在研发过程中常涉及到多种多样的流体力学方面的工程问题，随着现代CFD仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与传统的试验和设计经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。
下文是CFD仿真技术用于解决汽车整车产品研发过程中常见工程问题的简要介绍：✓空调系统风流量分配及空调管路噪声分析✓除霜、除雾分析✓乘员热舒适性分析ANSYS FLUENT可以进行瞬态的除霜、除雾过程分析，可以进行包含太阳辐射的乘员舱热舒适性分析，可以进行空调管路的风流量分配及噪声分析，为产品设计提供帮助。
✓进排气及缸内流动分析✓缸内喷雾、燃烧分析✓排气后处理分析ANSYS FLUENT可以对进排气系统进行分析，获得瞬态的缸内流动特性，可以分析缸内的喷雾、燃烧过程，可以分析三元催化器、SCR系统的工作过程等。
✓车灯和灯室内的流场及温度场分析✓油箱加注过程分析、油箱晃动分析✓电池单体放电过程发热分析、电池组冷却散热分析ANSYS FLUENT可以对车灯、油箱加注、油箱晃动、电池发热、电池组冷却等问题进行分析，此外还可以对刹车系统冷却、涡轮增压器、液力变矩器、燃油泵、齿轮泵、摆线泵等零部件进行分析。
基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析
基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析近年来，仿真技术在工程设计中扮演着越来越重要的角色。
特别是在汽车行业中，仿真技术被广泛应用于汽车结构设计、碰撞仿真等领域。
而其中一款广受工程师欢迎的仿真软件便是ANSYS。
ANSYS是世界上最著名的工程仿真软件之一，它拥有强大的有限元分析功能，可以对机械、电气、气动、流体等多种工程领域进行分析和模拟。
而在汽车行业中，ANSYS的应用主要集中在汽车结构设计及碰撞仿真领域。
在汽车设计中，为确保车辆的安全性和稳定性，需要对仪表盘、前保险杠、车门等多个部位进行飞行特性仿真分析。
该分析需要考虑多个因素，包括车身刚度、弹性、质量分布等。
而ANSYS正是能够满足这些需求的仿真工具。
具体来说，汽车结构飞行特性仿真分析包括振动分析和协同特性分析。
振动分析旨在评估汽车在行驶过程中的振动和噪声水平，从而优化车辆的结构设计。
协同特性分析则旨在预测车辆的稳定性和操控性，在车辆设计中起着至关重要的作用。
ANSYS可以通过模拟不同的工况来进行飞行特性分析。
例如，在进行振动分析时，可以通过设置车辆行驶的路面条件、车速和路况等参数来进行仿真。
而在协同特性分析中，则需要考虑车辆的减震器、转向系统等多个部件对车辆的影响。
除了能够进行车身结构分析以外，ANSYS还可以对整个车辆进行碰撞仿真。
汽车碰撞是一项非常重要的仿真分析，它可以评估车辆在碰撞时的安全性和稳定性。
在碰撞仿真中，ANSYS可以模拟车辆在碰撞前后的状态，并计算出碰撞过程中车辆的位移、速度等参数。
总的来说，基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析在汽车设计和制造中起着至关重要的作用。
通过运用该技术，工程师可以有效减少制造过程中的错误和成本，同时也能够提高车辆性能和安全性。
基于Ansys的汽车外形风洞试验有限元分析讲解
基于Ansys的汽车外形风洞试验有限元分析【摘要】汽车空气动力学特性对汽车经济性、驾驶安全性、侧风稳定性等有着较大的影响。
通过在catia中建立车身几何造型，基于ANSYS的CFD的有限元仿真环境对车身的空气动力动力学特性进行了数值模拟仿真研究，得出该车体的速度矢量图，压力分布图等，并根据模拟仿真的气动造型提出一些建议，为优化汽车车型及改善汽车空气动力学特性提供参考。
1前言汽车空气动力学特性是汽车的重要性能，它是指汽车在流场中受到的以阻力为主的包括升力、侧向力的三个气动力及其相应的力矩的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、驾驶室内通风、空气调节等特性。
随着汽车技术的提高和高等级公路的发展，汽车速度的不断提高以及汽车在行驶时与空气相互作用的各种气动力也越来越显著，在很大程度上影响着的汽车的经济性、动力性和稳定性。
迄今为止，国内外汽车空气动力学的研究一般采取试验法、试验与理论相结合法及数值模拟仿真研究法。
试验法主要是指风洞试验，目的是为得到准确反映汽车行驶状态时的空气动力学特性数据，其研究对象主要有汽车空气动力特性和汽车各部位的流场。
风洞试验的结果精度高、可靠性好，对研究外部气流干扰件的气动作用大小比较有效，但风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列的油泥模型等局限性，这些局限性大大阻碍了其在汽车设计的应用，并且风洞试验只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，不能获得整个流场中任意点的详细信息。
此外风洞试验要精确研究某些复杂的流动现象，如层流向湍流的转变、拖曳涡的形成和发展、尾部涡系结构等，其测量截面的选取在很大程度上主要依靠经验，这样使得精确研究这些复杂流动和机理变得非常困难。
而在模型风洞试中，还存在着动力相似和几何相似的影响、试验结果与实车的换算问题，要得到准确的结果还有一定的难度。
数值模拟仿真是借助于计算机将用CFD应用于汽车空气动力学研究的方法，其是在计算机上模拟吹风，运用数值分析的方法计算模拟汽车的空气动力学问题，与风洞试验相比，其有利于CAD/CAM系统的相衔接；不受风洞试验那样的条件限制；可以获得比通常风洞试验更多的信息；有利于节省开发时间和高昂的成本。
CFD技术在汽车车身设计中的应用
CFD技术在汽车车身设计中的应用随着汽车科技不断的发展完善，车身设计的功能已经不仅仅是满足美感的要求，还包括空气动力学性能、安全性能等多个方面的考虑。
为了使车辆在行驶过程中获得更好的运行、性能和燃油经济性，汽车车身设计需要通过CFD技术来实现。
CFD技术是一种利用计算机模拟物理过程的方法，它可以模拟气体或液体经过物体表面时的流动情况，并且可以对流场内参数进行详细的数值计算。
在汽车设计中，CFD技术可以帮助设计师实现对流场进行可视化和计算分析做出了很大的贡献。
CFD技术在汽车车身设计中的应用主要有以下几个方面：1. 车身周围气流的分析利用CFD技术分析车身周围的气流情况，可以帮助设计师了解车身外形对流场的影响，从而进行调整，改善车辆的空气动力学性能。
在不同的风场状态下，通过CFD技术的帮助下，改变不同部位的车身外形，以达到优化空气阻力的效果。
2. 可视化设计汽车设计师可以利用CFD技术制作出汽车外形的三维模拟图，这些图可以让设计师直观的看到气流在车身表面的运行情况。
针对流场的可视化分析，可以帮助设计师通过直观的方式确定车身的外形，同时也可以将设计师现有的想法和概念以三维模拟的方式表现出来。
3. 优化车辆行驶性能CFD技术不仅可以分析气流情况，也可以模拟车辆在不同路面、不同条件下的行驶情况，验证车辆的操控性能和行驶性能。
通过模拟分析，设计师可以根据CFD模拟结果，针对车身部件做出设计调整，以改善车辆的行驶性能和燃油经济性。
4. 减少碰撞风险汽车在发生碰撞时对车辆及乘员的损害最小化是一个重要的目标，设计师可以借助CFD技术来评估车身的碰撞风险，并根据评估结果进行防护结构和保护措施的设计方案。
同时根据数学计算的结果，可以让设计师在车身防护措施的设计上更加的合理有效。
结论CFD技术在汽车车身的设计中能够帮助设计师实现多方面的要求，专注于汽车车身的气流分析，优化车身的外形设计，提高车辆的行驶性能，以及保证车辆在碰撞时的安全性能。
CFD技术在汽车工程领域中的应用研究
随 着近 年来计 算机 技 术 的迅 速 发展 ， Ｃ Ｆ Ｄ数 值 模 拟 方法 已越来 越 多地 应用 到 汽 车设 计 的 多个 环 节 ， 极 大 地推 动 了汽车 技术 的发展 。 １ ． １ 车 身整体 外部 流场 分析 通过 汽 车车 身整体 外 流场 的 Ｃ Ｆ Ｄ计 算 ， 可 以得 到 车 身表 面 的压 力 场 、 速度 场 、 气 动 力 和气 动力 矩 ， 进 而 得 出风 阻系数 等一 系列 设计 参数 。 Ｓ ａ ｔ ｙ ａ ｎ Ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｒ ａ等ｎ 运用 Ｃ Ｆ Ｄ 对 一级 方 程 式 赛 车 车身外 流场 进行 模拟 分析 ， 改进 了尾翼 设计 ， 使赛 车 下 压力 与空气 阻力 得 到 良好 调节 ， 增 加 了赛 车 的高 速 稳定 性 和操控 性 。高富 东 等｛ 。 采用 Ｒ ＮＧ ｋ —ｅ湍流模 型、 流 体体 积法 （ ＶＯＦ ） 和压 力隐 式算子 分 割 （ Ｐ １ Ｓ Ｏ） 算
调 系统 及 气 动噪 声 等 领 域 中的 研 究 进 展 ， 指 出 了在 汽 车 Ｃ Ｆ Ｄ技 术 研 究 中 需 进 一 步 解 决 的 问题 ， 并 展 望 了其 发展趋势和应用前景 。 关 键 词 ：计 算 流 体 力 学 ； 汽 车 工 程 ；数 值 模 拟 ；应 用 研 究 中 图 分 类 号 ：Ｕ４ ６：ｒ Ｐ ３ Ｏ １ ． ６ 文 献标 识码 ：Ａ
车轮 、 门把 手及扰 流板 等部 件 的局 部 流 场使 得 整 车外 流 场变得 更 加复 杂 ， 其 中一些 部 件又 是 产生 气 动
噪声 的主要来 源 ， 因此 人 们 越 来 越重 视 汽 车 局部 套 件 对整 车性 能 影响 的研究 。
刘 力等 ｊ 运用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软 件对 侧 窗 全连 接 、 半 连接 和 门外板 连接 ３种 形式 后视 镜基 座模 型的表 面及 附近
1_ANSYS CFD在汽车外空气动力学及气动噪声领域的应用和案例分享
基于宽频噪声模型的整车气动噪声分析案例
计算网格
激活宽频噪声模型
基于宽频噪声模型的整车气动噪声分析案例
偶极子噪声源
四极子噪声源对总噪声源的影响
谢谢！
地址：北京市朝阳区八里庄东里1号莱锦TOWN园区Cn08座
邮编：100025
电话：+86-10-52167777 传真：+86-10-52167799 电邮：info@
Boat tail angle Long roof drop angle Green House Angle Front Spoiler Angle
Min
- 1.85 - 2.30 - 0.70
Baseline
0.0 0.0 0.0 0.0
Max
+ 1.85 + 1.50 + 0.70 + 3.80
关键问题
1. 燃油消耗率 2. 冷却气流和阻力的权衡
汽车高速运行时， 克服气动阻力所需 的燃油消耗占主导
冷却气流和阻力的权衡
关键问题
3. 泥、水附着 4. 车辆涉水
如何最小化附着？
如何防止水飞溅到风挡或 侧窗玻璃上？
CFD的优势
1. 成本，速度
CFD仿真：低成本，速度快
风洞试验：高成本，速度慢
• • 瞬态计算需要使用很小的时间步长，计算很长的物理时间 非常细密的网格，网格数量十分庞大
•
•
多用于近场噪声计算，远场噪声计算需要较大的计算域，计算量陡增
由于声压级远小于流体的压力，需要使用高精度的离散格式
ANSYS FLUENT中的气动噪声模拟方法
• Segregated Source-Propagation Methods (SSPM) • 对于中场和远场噪声模拟，ANSYS Fluent采用基于Lighthill的“噪声比拟”方法，作 为CAA方法的补充是ANSYS Fluent中计算代价较小的方法之一。“噪声比拟”方法不 同于CAA方法，它把波动方程和流动方程解耦，在近场流动解析采用适当的控制方程 比如非定常雷诺平均、DES分离涡或LES大涡模拟等方法，然后再把求解结果作为噪声
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•分层剪切流的自由液面 – VOF模型
– 燃烧模型
•气相燃烧模型 – 有限速率模型 – PDF模型 – 层流小火焰模型 – 预混燃烧模型
•分散相燃烧模型 – 液体燃料燃烧、喷射燃烧、固体颗粒燃烧等
•污染模型 – NOx模拟 – 烟尘模型（SootModel）
t = 1.05 sec t = 2.05 sec
总结
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2
汽车行业面临的流体方面关键问题
汽车领域中的流体问题
• 整车外部空气动力学 • 发动机进、排气系统 • 发动机气缸内流动及燃烧 • 发动机冷却系统分析 • 发动机燃油喷射分析 • 发动机舱热管理 • 车身底部热管理 • 汽车电子设备热管理
Fuel Tank With Baffles
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汽车行业的流体技术需求介绍
• 传热、相变、辐射模型技术介绍（Features）
许多流体流动伴随传热现象，FLUENT提供一系列应用广泛的对流、热传导及辐射模型。对于热辐射， P1和 Rossland 模型适用于介质光学厚度较大的环境，基于角系数的 surfacetosurface模型适用于介质 不参与辐射的情况，DO模型（Discreteordinates）适用于包括玻璃的任何介质。DTRM模型（Discrete raytracingmodule）也同样适用。太阳辐射模型使用光线追踪算法，包含了一个光照计算器，它允许光 照和阴影面积的可视化，这使得气候控制的模拟更加有意义。
6
汽车行业的流体技术需求介绍
• 发动机舱专用模板
– 此模板针对发动机舱的几何特点，在进行包面处理上更节约了时间，从小的几何部件 到完整的发动机舱都可使用
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汽车行业的流体技术需求介绍
• 适用汽车工业的湍流模型介绍（Features）
ANSYS CFD在汽车行业的 解决方案
安世亚太科技股份有限公司
2013/2/27
主要内容
汽车行业面临的流体方面关键问题 汽车行业的流体技术需求概述 子行业解决方案阐述
– 气动解决方案 – 发动机舱热管理解决方案 – 除霜除雾解决方案 – 乘员舒适性解决方案 – 动力总成解决方案 – 其他相关案例
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汽车行业的流体技术需求介绍
• 动网格技术基础
Spring Analogy
Layering
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汽车行业的流体技术需求介绍
多相流和燃烧模型
– 多相流模型
•模拟颗粒流 – DiscretePhaseModel（DPM）模型 – Eulerian多相流模型（ Eulerian-Eulerian和Eulerian-Granular） – 空调系统及成员舱热舒适性 • 除雾及除霜 • 水泵，燃油泵 • 各种液压系统流动 • 刹车系统空气冷却 • 涡轮增压系统 • ……
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应用方向
Ref: The BMW Vision and Strategy in Engine CFD Simulation. EASC 2009, Munich.
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Courtesy: BMW AG
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汽车行业的流体技术需求概述
要解决上述问题，需要ANSYSCFD提供相应的技术：
• 高质量网格划分模块 • 几何及网格自动/快速生成及快速调整 • 高级网格技术 • 高级湍流模型 • 气动力 • 噪声 • 流固耦合技术 • 热辐射,自然对流,共轭传热 • 太阳辐射 • 换热器模型 • 燃烧及化学反应 • 液体喷雾 • UDF • 动网格 • 优化 • 二次开发 • ……
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汽车行业的流体技术需求介绍
• 动网格技术（Features）
内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都是包含有运动部件的例子，FLUENT提供的动网格模型 满足这些具有挑战性的应用需求。它提供几种网格重构方案，根据需要用于同一模型中的不同运动 部件，仅需要定义初始网格和边界运动。动网格与 FLUENT提供的其他模型如雾化模型、燃烧模型、 多相流模型、自由表面预测模型和可压缩流模型相兼容。搅拌槽，泵、涡轮机械中的周期性运动可 以使用 FLUENT中的动网格模型（movingmesh）进行模拟，滑移网格和多参考坐标系模型被证 实非常可靠，并和其他相关模型如 LES模型、化学反应模型和多相流等有很好的兼容性。
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汽车行业的流体技术需求介绍
•高质量网格划分模块介绍（Features）
Tgrid Wrapper
Cartesian Grid
ICEM CFD Hexa
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