我一直對老爺車著迷，欣賞它帶來的駕駛樂趣，但它卻缺乏現(xiàn)代汽車的舒適性，在炎熱的夏季駕駛一輛沒有空調(diào)的車。我決定測試一些車窗配置，以保持內(nèi)部溫度涼爽的同時又不會讓你的臉被風吹。我決定使用SOLIDWORKS流模擬來測試我的窗口配置假設(shè)。

SOLIDWORKS Flow Simulation是一種計算流體動力學的工具，使用SOLIDWORKS Flow Simulation運行一個參數(shù)化仿真，測試不同的車窗，以驗證哪種車窗將使汽車冷卻最快，而不會令駕駛員感到不適。

模型準備

首先，準備用于流動仿真的模型。必須關(guān)閉汽車前部的小通風孔并確保SOLIDWORKS模型是封閉的。對模型進行適當?shù)男薷暮螅墒褂脵z查工具來驗證模型是否可用于流體模擬。

此檢查工具還具有另一個很棒的功能，您可以創(chuàng)建流體體積的實體，并使用該實體生成自定義網(wǎng)格，在該實體中設(shè)置初始流體條件，并創(chuàng)建目標目標。通過使用具有關(guān)閉窗口的汽車配置，我使用檢查工具創(chuàng)建了汽車內(nèi)部體積的實體，該實體將在模擬的預(yù)處理和后處理中使用。選中相應(yīng)的框，從模型內(nèi)部的空白空間創(chuàng)建一個新文件。

在仿真開始之前我想回答一個關(guān)鍵問題，這個問題推動了研究本身的建立。

窗戶以100公里/小時的速度行駛時，將汽車冷卻至穩(wěn)定溫度需要多長時間？

由于我想知道冷卻汽車駕駛室所需的時間，因此我必須進行與時間有關(guān)的研究。為了模擬類似風洞的環(huán)境，我將環(huán)境流體速度設(shè)置為所需的車速。將為駕駛員頭部上的力設(shè)定一個目標，為車內(nèi)液體體積的總體環(huán)境溫度設(shè)定一個目標。參數(shù)算例將用于通過操縱尺寸來更改窗口配置。該參數(shù)研究將運行一系列具有不同尺寸值的模擬，并顯示目標參數(shù)。

模擬過程

假設(shè)汽車以恒定速度行駛，將環(huán)境流體條件設(shè)置為具有100 km / hr的速度。這個可以在“初始條件”選項卡下的常規(guī)設(shè)置中完成。在“分析類型”選項卡上，應(yīng)選中“時間相關(guān)”框，以便可以在不同的物理時間步長查看結(jié)果。

在計算控制選項菜單中，可以設(shè)置完成條件，該條件指定何時停止運行模擬。使用“停止條件”復(fù)選框，在目標收斂或經(jīng)過300秒（五分鐘）的物理時間后，模擬將停止。由于仿真是與時間相關(guān)的，因此需要設(shè)置保存條件，以便您可以按特定的時間步長查看結(jié)果。保存條件在保存選項卡的計算控制選項中設(shè)置。使用15秒的定期物理時間步長將每15秒保存一次完整的流量結(jié)果。

接下來，設(shè)置車輛內(nèi)部空氣的初始條件。這是使用檢查工具創(chuàng)建的流體體起作用的地方。使用初始條件工具，將車輛內(nèi)部的流量參數(shù)設(shè)置為0速度，并將熱力學參數(shù)設(shè)置為40°C的初始溫度。

模擬的目的是穩(wěn)定內(nèi)部體積的溫度和施加到代表駕駛員頭部的球體上的空氣力。這些目標用于使研究趨于一致并易于查看值。為了穩(wěn)定內(nèi)部容積的溫度，需要在流體容積體上設(shè)置總體平均溫度目標。要了解駕駛員頭部的風力，請在代表頭部的球體上創(chuàng)建一個曲面目標。

設(shè)置完所有這些條件之后，就該查看網(wǎng)格了。手動網(wǎng)格將用于生成基本網(wǎng)格，并進行一些通道改進以捕捉窗口中的間隙。可以將局部網(wǎng)格添加到內(nèi)部流體體積主體和窗口開口周圍的表面。全局網(wǎng)格將使流體外部的元素保持在指定的大小，而局部網(wǎng)格將提高感興趣區(qū)域，窗口開口和內(nèi)部流體的分辨率，如下圖所示。

研究結(jié)果

兩個關(guān)鍵結(jié)果是穩(wěn)定內(nèi)部溫度所需的時間和駕駛員頭部受力。這兩個數(shù)字都是通過創(chuàng)建目標圖獲得的。我假設(shè)的理想情況是在大約80秒內(nèi)將汽車從40°C冷卻到21°C，僅向駕駛員分配了0.002磅的力。仿真解決了，結(jié)果是現(xiàn)實的，因此是時候進行參數(shù)研究了。

這是SOLIDWORKS Flow Simulation產(chǎn)生的目標圖，顯示了冷卻車輛內(nèi)部溫度所需的時間。

參數(shù)研究

實驗設(shè)計和優(yōu)化研究將是要使用的參數(shù)研究的類型。這將允許我改變多個輸入變量以創(chuàng)建不同的模擬方案。控制窗口打開量的尺寸將設(shè)置為2英寸至10英寸。

實驗使用“最佳方案”在方案選項卡中創(chuàng)建，以最小化兩個目標。將實驗輸入框的數(shù)量設(shè)置為35，可以很好地理解輸入變量如何影響目標。在運行與時間有關(guān)的實驗之后，會生成許多數(shù)據(jù)，但是SOLIDWORKS Flow Simulation可以輕松導出到excel。Excel可以輕松過濾掉風頭過高的實驗，并以表格，摘要或圖形格式查看所需的數(shù)據(jù)。以下是具有可接受風力的研究溫度和時間結(jié)果的圖形表示。

進一步篩選數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)模擬配置中的最佳窗口配置具有0.003 lbs的風力，20.51°C的最低溫度，僅用23 s就獲得了低于21°C的溫度。這種理想的配置使駕駛員的前窗完全關(guān)閉，前乘客窗打開約8英寸，而兩個后窗打開10英寸。

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