使用 SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 测试经典汽车中的气流

文章来源：SOLIDWORKS代理商-卓盛信息

我一直对经典汽车很着迷。欣赏它们、驾驶它们和工作都很有趣，但有时它们缺乏现代汽车的舒适性。在炎热的夏季驾驶没有空调的汽车让我测试了许多窗户配置，以保持凉爽的内部温度而不会让你的脸被风烧伤。我决定使用SOLIDWORKS Flow Simulation来测试我的窗口配置假设。正版SOLIDWORKS

SOLIDWORKS Flow Simulation 是一种计算流体动力学工具，可以添加到您的 SOLIDWORKS 环境中，并可以计算产品性能。在 SOLIDWORKS Flow Simulation 中，我将运行参数化模拟，其中车窗打开不同的量，以查看哪种配置能够最快地冷却汽车，同时不会让驾驶员感到不舒服。

模型准备

首先，我必须准备用于流动模拟的模型。这意味着删除任何微小的细节并确保 SOLIDWORKS 模型无懈可击。在我的模型中，我必须关闭汽车前部的小通风口和一些内部空腔。对模型进行适当修改后，可以使用检查工具来验证模型是否可用于流动模拟。江苏SOLIDWORKS

这个检查工具还有另一个很棒的功能。您可以创建流体体积的实体，并使用它来生成自定义网格，在该体积中设置初始流体条件，并创建目标。使用带有关闭窗户的汽车配置，我使用检查工具创建了汽车内部体积的实体，以用于模拟的预处理和后处理。选中相应的框后，将从模型内的空白空间创建一个新文件。SOLIDWORKS价格

现在是时候设置我的模拟了。在一头扎进软件之前，我想回答几个关键问题，这些问题推动了研究本身的设置。购买SOLIDWORKS

模拟设置

我想在模拟中回答的问题包括：

以 100 公里/小时的速度行驶时，车窗打开需要多长时间才能冷却到稳定温度？

驾驶员头上的风力有多大？

我想出了理想的车窗配置，以保持空气在车辆中流通，从而降低内部温度，同时又不会给驾驶员带来不舒服的风荷载？

这些问题将推动研究的某些设置和特性。

由于我想知道冷却汽车驾驶室所需的时间，因此我必须进行与时间相关的研究。为了模拟类似风洞的环境，我将环境流体速度设置为所需的车辆速度。将为驾驶员头部所受的力设定一个目标，并为车内液体体积的整体环境温度设定另一个目标。参数研究将用于通过操作尺寸来更改窗口配置。该参数研究将运行一系列具有不同尺寸值的模拟并显示目标参数。

现在我知道我想要从模拟中得到什么以及需要设置的选项和参数，让我们看看这个过程。

模拟过程

为了模拟汽车匀速行驶，环境流体条件设置为 100 公里/小时的速度。这是在初始条件选项卡下的常规设置中完成的。在“分析类型”选项卡上，应选中“时间相关”框，以便可以在不同的物理时间步长查看结果。SOLIDWORKS官网

在计算控制选项菜单中，您可以设置完成条件，指定何时停止运行模拟。使用停止标准复选框，模拟将在目标收敛或经过 300 秒（五分钟）的物理时间后停止。由于模拟与时间相关，因此需要设置保存条件，以便您可以查看特定时间步长的结果。保存条件在保存选项卡上的计算控制选项中设置。使用 15 秒的周期性物理时间步长将每 15 秒保存一次完整的流程结果。

接下来，设置车内空气的初始条件。这就是使用检查工具创建的流体体发挥作用的地方。使用初始条件工具，将车辆内的流动参数设置为 0 速度，将热力学参数设置为初始温度 40°C。

模拟的目标是稳定内部体积的温度和施加到代表驾驶员头部的球体上的空气力。这些目标用于研究的融合和易于查看价值观。为了稳定内部体积的温度，需要在流体体积体上设置总体平均温度目标。要了解驾驶员头部的风力，请在代表头部的球体上创建一个表面目标。

设置完所有这些条件后，就可以查看网格了。将使用手动网格生成基本网格，并进行一些通道细化以捕捉窗口中的间隙。可以将局部网格添加到内部流体体积体和围绕窗口开口的表面。全局网格将使流体外部的元素保持在规定的尺寸，局部网格将增加感兴趣区域、窗口开口和内部流体的分辨率，如下图所示。正版SOLIDWORKS

研究结果

在此阶段，最好运行模拟以确保其解决并且设置中没有出现错误。感兴趣的结果是稳定内部温度所需的时间和驾驶员头部的力。这两个数字都是通过创建目标图获得的。我假设的理想情况是，在大约 80 秒内将汽车从 40°C 冷却至 21°C，仅向驾驶员分配 0.002 磅的力。仿真已解决并且结果是真实的，因此是时候设置参数研究了。

这是SOLIDWORKS Flow Simulation生成的目标图，显示冷却车辆内部温度所需的时间。

参数研究

实验设计和优化研究将是要使用的参数研究类型。这将允许我改变多个输入变量来创建不同的模拟场景。控制窗户开口量的尺寸将设置在 2 英寸到 10 英寸的范围内。江苏SOLIDWORKS

实验是在场景选项卡中创建的，使用查找最佳标准来最小化这两个目标。将实验数量输入框设置为 35 将有助于更好地理解输入变量如何影响目标。运行与时间相关的实验后，会生成大量数据，但 SOLIDWORKS Flow Simulation 可以轻松导出到 Excel 中。Excel 可以轻松过滤掉头部风荷载过高的实验，并以表格、摘要或图表格式查看所需数据。下面是具有可接受风力的研究的温度和时间结果的图形表示。

进一步筛选数据，发现模拟配置中最佳窗户配置的风力为 0.003 磅，最低温度为 20.51°C，仅需要 23 秒即可获得低于 21°C 的温度。这种理想的配置是驾驶员的前窗完全关闭，前排乘客的窗户打开约 8 英寸，两个后窗打开 10 英寸。SOLIDWORKS价格

未来的考虑因素

为了更好地改进这个实验，我想对车辆的内部进行完整的建模，以了解几何形状的变化如何影响流动。我还想模拟较慢的行驶速度和较热的内部温度，以了解这些变量将如何影响结果。在内表面添加初始温度也可以提高研究的真实性。

一如以往，谢谢阅读，快乐阳光！——SOLIDWORKS代理商（SOLIDWORKS 2023）

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