CFD 专栏丨 HyperMesh CFD 功能详解：虚拟风洞 Part 2

2024-11-15
上海
本文字数：2155 字
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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

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

汽车外流场模型中心对称面的格子

格子尺寸和时间步长的关系

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。

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

发动机舱区域的加密

气流分离区域的 Custom zone 加密

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

指定流体材料属性

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

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。

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）。

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

沿车身 x 方向的切面 Cd 贡献量

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

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)

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

Output-Surface 监测固体壁面

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

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

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