一、CFD技术的简介及其优点和缺点
1、CFD技术的简介
CFD(Computational Fluid Dynamics)是计算流体力学的英文简称。其基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似地模拟流体流动情况，即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。流体及其流动状态主要包括层流与湍流，牛顿流体与非牛顿流体，等等；热学包括热力学和传热学；数值分析是如何应用计算机解答人工难完成的计算，如处理无解析解的方程；计算机科学应用主要指计算机语言编写程序，如C语言，FORTRAN语言。
2、CFD技术的优点
1）节约时间。可以通过计算机快速的计算能力与超大的存储技术，建立虚拟的流场模型并进行流体的动力学仿真，从而节省了风洞实验从设计到建造到测试的漫长时间，且避免了物理结构变动费时的缺点。
2）节省金钱。CFD唯有的投入成本就是计算机设备的购买、维护以及仿真的相关费用，无需像风洞那样进行物理设施的购买与安装，所以CFD技术投入的费用十分低。
3）操作安全。由于通过CFD技术，不需要人与物身处危险环境，所以CFD技术相对风洞实验就很安全。
3、CFD技术的缺点
CFD仿真结果需要得到风洞实验或实际物理流场的验证才可靠。这是由于CFD技术的计算结果的精度往往取决于对复杂流场仿真前置处理时的边界条件、物性参数等的定义是否真正与实际的一致，以及计算方法与后置处理是否准确等方面。所以说在风洞试验，实际物理流畅的验证尤为重要。然而在这些方面往往所需要投入的成本更大。由于机械设计方面的精度尤为重要，所以在计算方面，所选择的计算方法与后置处理应该更加谨慎。总而言之，不管什么技术都有其利与弊，善用其优点，避其缺点，谨慎处理便将该技术发挥最大作用。
二、汽车车身设计应用CFD技术的设计步骤和注意事项
1、汽车车身设计的步骤
在CFD技术设计中分为五个步骤，第一步：具体方案设计，方案的设计是一个工程开始的基础，方案设计的好坏也决定着工程最终的成功与否；第二步：计算机CFD技术应用评估；第三步：汽车车身的详细设计，这是整个CFD技术设计的核心；第四步：汽车车身试验验证，这是对于车身详细设计的一个验证；第五步：汽车投产；这五步便是整个CFD技术涉及的基本步骤。应用CFD技术设计不会受到各类物理模型和实际模型所影响，因为该技术的自由度和灵活性要比传统上要强，所以在汽车车身的详细设计过程中可以选取各类型的参数进行设计。在应用CFD技术设计时首先要将汽车车身设计为模拟目标，然后需要对汽车的设计模型定义一个区间。之后对车身的设计风格进行研究。进行方程计算分析，检测所设计汽车模型是否与实际相符。最终进行验证并检查结果。CFD技术模型的技术表达形式为划分网络，同时又是汽车车身模拟与分析的载体。在汽车车身设计之中，边界条件的设计也尤为重要，因为边界条件的合理设计才能准确计算出流场的解值。
运用 CFD 技术进行汽车车身设计时要设置好边界条件，合理的边界条件才能准确计算出流场的解值，对模拟计算的各种模型，如湍流模型，采用何种迭代方式，能量方程等，进行迭代计算，直到方程收敛，而收敛前的迭代次数，和模型求解的难度、网格细密程度、使用的计算方法、收敛数据等有关，车身 A柱结构如图 1 所示。
车身 A 柱结构包括部件相当多：流水槽、油箱口盒、上边梁加强板、上边梁、B 柱内板、上边梁加强板、上边梁、前柱、侧围外板、下边梁、铰链加强板、B 柱加强板、后轮罩板、尾灯板和后柱等，车身部件计算得越细，车身设计的精确度越高。
2、注意事项
CFD技术的应用之中在一些特定的类型需要在菜单之中制定求解器，比如说指定边界类型和区域类型等。在CFD技术模拟时，应当全面考虑基本的边界条件。因为边界条件之中包含诸多，例如：给定压力边界、流动进出口边界、壁面边界和对称边界、周期性和循环性边界等。边界条件的设置往往决定了汽车车身设计中的诸多因素，边界条件的精确设置决定了汽车车身设计流动的稳定性高低，计算区域是否足够，网格是否能够提高解的质量等一些重要因素。所以，边界条件的设置必须正确。
在CFD技术的应用中还应当注意：
1.ICEM CFD的几何创建功能比较弱，其几何创建功能在软件设计之初是为了几何修补做准备的，因此对于复杂的几何模型，不建议使用ICEM CFD中建模，应该使用专业的几何建模软件，比如SolidWorks, CATIA, S.lidEdge, UG 等。特别强调不建议使用Pro/E建模。
2. ICEM CFD有相当大的一部分功能在几何修复上，但是由于目前随着版本以及几何接口的完善，般的几何模型在导人ICEM CFD之后需要修复的内容并不多。初学者除非碰上非常复杂的几何图形，一般不需要纠结于着一部分。外部几何模型的导入推荐Parasolid格式，其饮是STP格式，不推荐ICS格式。
3. ICEM CFD 除了六面体结构化网格划分外，非结构化的网格生成功能也非常强大，在实际应用中可能使用得更多，初学者推荐先在非结构化网格方面下功夫。
结束语：汽车的车身设计需要诸多的模型测试和数据修正，然而在现实生活中，传统的模拟测试所需要占用的位置空间较大，并且会有较大的成本投入，实验时所需占用的面积过大，花费的时间会变长。然而新型的CFD技术数值分析能够大大的缩减实验次数，之后再次进行数据分析能够更大程度上提高模型数据的准确性。这样大量的缩减了实验的次数，并且能够极大的降低成本。同时能在数据建模中及时发现车身设计时所存在的不足之处并加以修正。然而在CFD技术应用的过程中还应当综合压力系数，速度图和流线图等加以考虑。
参考文献：
[1]叶辉.轿车尾部上翘角与离地间隙的CFD研究[D].长春：吉林大学.2007:33-34
[2]于兴泗.某厢式货车导流罩改进前后气动特性的数值模拟[D].长春：吉林大学.2008:23-24
论文作者:王莉可,尚占军
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：车身论文; 技术论文; 边界论文; 模型论文; 汽车论文; 几何论文; 流体论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;