面向侧风行驶安全性的车身外流场湍流数值模拟与优化(8)
阵风是一种自然现象，常常发生无规则变化。其主要特点是：风速在某段时间内突然增大，在自然界中不存在无限猛烈的阵风。阵风是由空气扰动产生的，气流流过固体表面时，会遇到来自固体表面的阻力，使流速减小。因此，当空气流过丘陵、森林或建筑物等障碍物时产生阻力并出现回流，造成不规则的涡流，导致流速产生变化，形成阵风。通常情况下，阵风的风速要比平均风速大 50%或更高。阵风可以描述为突变阶跃、线性阶跃和正弦阶跃等三种稳态侧风。如图 2-9(a)、(b)、(c)所示。
图2-9 阵风的典型类型
综合有关研究侧风参数的文献[2][7]，确定本设计使用侧风方案如下。
表2-1 侧风模拟参数
风力等级 3级微风 4级和风 5级清风 6级强风 7级劲风
风速取值m/s 4.4 6.7 9.4 12.3 15.5
车速m/s 30 30 30 30 30
合成风摆角° 8.3 12.6 17.4 22.3 27.3
合成速度m/s 30.32 30.74 31.44 32.42 33.77
（2）不同车型确定方案
本设计所用车型为曲面成型，流线型较好。不同车型的变量主要体现在侧围曲率上，侧围曲率的大小，影响侧面车窗的弧度，以及前后车窗的倾斜度。所以本设计就在相同车速，相同侧风条件下，用不同侧围曲率的车型来做数值模拟，通过所得结果，分析不同车型的气动性能以及侧风稳定性，进一步提出车型优化建议。
三个车型的侧围曲率如下：
表2-2 车型参数
车型 侧围曲率
A 2.73*10-4
B 2.14*10-4
C 1.98*10-4
三个不同车型如图2-9所示。
（a）车型 A
（b）车型B
（c）车型C
图2-9 不同车型对比图
2.3.2选用软件介绍
（1） UG的介绍
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三文设计的一个主流应用。
UG的开发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三文空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域(自然科学或工程)、数学(分析和数值数学)及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。
UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。
（2） ANSYS的介绍