| 标准编号 | T/CSAE 112-2019 (T/CSAE112-2019) | | 中文名称 | 乘用车空气动力学仿真技术规范 | | 英文名称 | Technical specification of passenger car aerodynamic numerical simulation | | 行业 | Chinese Industry Standard | | 中标分类 | T04 | | 字数估计 | 36,340 | | 发布日期 | 7/10/2019 | | 起草单位 | 中国汽车工程学会汽车空气动力学分会 | | 归口单位 | 中国汽车工程学会 | T/CSAE 112-2019: 乘用车空气动力学仿真技术规范
T/CSAE 112-2019 英文名称: Technical specification of passenger car aerodynamic numerical simulation
中国标准文献分类号
团 体 标 准
乘用车空气动力学仿真技术规范
1 范围
本标准用于规范及指导乘用车空气动力学仿真技术以及业内交流。
本标准适用于七座（含七座）以下乘用车。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于
本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
4.1 仿真内容
乘用车空气动力学仿真分析是应用CFD软件对车辆周围的流场进行数值模拟，获得车辆在行驶
时所受到的气动六分力系数、前舱进气量及相关流场信息。通过对这些参数的分析，评价汽车的气
动性能。
4.2 仿真流程
乘用车空气动力学仿真分析常用流程主要包括几何数据准备、仿真模型建模及检查、生成计算
节点、求解器设置、仿真求解、仿真分析结果评估、仿真结果输出及分析报告编写8个部分，具体
参见附录A。
5 仿真模型建立
5.1 仿真模型建模
坐标系
乘用车空气动力学坐标系如图1所示。
仿真模型建模时采用默认的全局坐标系，对车轮、冷却系统等边界定义坐标系与全局坐标系不
一致时，需增加相应的局部坐标系。
一般要求
在仿真模型建模前，应根据仿真目的、预估计算时间和计算资源制定仿真模型建模方案。使用
者可参考特定软件的使用指南或最佳实践进行建模。仿真模型宜按1:1的比例关系建立。仿真模型
应准确地表达设计车的几何信息，基本要求有：
a) 乘员舱、发动机、油箱、排气系统的内部空间可进行封闭，将其排除在计算域之外，以提
高计算收敛性及节约计算资源。
b) 发动机舱内部气流流动应被模拟，仿真模型中若为传统格栅，建模时格栅处于开启状态。
如果为外置式主动栅，则不同工况开启不同，也可能是关闭的。所以，格栅状态根据对应
工况处理，符合仿真需求即可。
c) 车辆仿真模型按照设计部门提供的车辆姿态进行建模。
d) 基于 N-S方程的软件求解时，在整车模型外部建立长方体计算域，用以模拟风洞试验区域，
计算域模型边界示意图，如图 4所示。计算域尺寸示意图，如图 5所示。推荐计算域尺寸
应保证边界不影响车辆周围的流动特性，同时满足在不同横摆角的仿真计算要求。计算域
推荐尺寸如表 2所示。
5.2 生成计算节点
仿真模型应保证各个重要的局部流场的真实模拟。可根据各自的计算资源等条件，合理设定生
成计算节点的尺寸，计算节点规模。
基于 N-S方程网格划分要求
a) 整车模型面网格划分以保持原有几何形状为前提，为保持网格重构时的车体几何特征，可
主要针对计算域、冷却模块交界面、车体表面的关键特征，生成特征线、设置防接触。面
网格推荐尺寸如表3所示。
b) 整车体网格类型有四面体、多面体、切割体，推荐使用切割体网格类型，采用稳态计算时，
体网格数目推荐不少于3000万，采用瞬态计算时，体网格数目推荐不少于6000万。
c) 合适的Y+值要依据雷诺数及壁面处理方式来确定。对于可实现的k-ε湍流模型，车体表面
的Y+值应低于300（推荐值是30到100之间）；对于DES湍流模型，车体表面的Y+值约为1。
5.3 物理模型设置
计算方案有稳态计算和瞬态计算两种，采用稳态计算时，常用的湍流模型有k − ε模型，k-ω模
型及雷诺应力模型；采用瞬态计算时，常用的湍流模型有DES湍流模型、LES湍流模型。物理模型
设置及使用推荐详见附录B.1。
计算域
a) 流场进口（计算域进口）边界条件设置为速度进口，速度大小设置为120km/h，通过湍流
强度加特征长度的方式设置湍流属性，湍流强度推荐设置为0.01，特征长度推荐设置为
0.001m。
b) 流场出口（计算域出口）边界条件设置为压力出口，压力设置为0 Pa，通过湍流强度加特
征长度Length的方式设置湍流属性，湍流强度推荐设置为0.01，特征长度推荐设置为0.001m。
c) 计算域侧面和顶面推荐设置为滑移壁面或对称边界条件，车后地面及整车都为非滑移壁面。
冷却系统
冷凝器、散热器、中冷器等冷却模块采用多孔介质进行模拟，在多孔介质与主流场之间建立交
界面处。并根据冷却系统单体性能试验数据，获得压降与风速之间的关系，从而计算出多孔介质的
惯性系数和粘性系数，输入模型。多孔介质的惯性系数和粘性系数求取方法可参见附录B.2。
5.4 求解过程
求解器设置一般要求
a) 在求解计算过程中，若出现计算收敛性较差或发散问题，可通过降低松弛因子提升稳定性。
若依旧出现收敛问题，则应检查模型的单元质量和边界条件。
b) 求解计算的过程中，应关注残差值的收敛性和气动力系数的收敛性。
c) 使用者可结合求解软件的最佳实践进行设置。
基于 N-S方程求解器设置
基于N-S方程的求解软件，可进行稳态或瞬态求解计算。通过残差监测图和气动阻力系数监测
图监测求解情况，需要计算的迭代步数或总时间步依赖于问题本身。
采用稳态求解计算时，风阻系数的结果是随迭代步数变化的曲线，残差值小于10-4，气动阻力
系数在最后迭代步数500步内，气动阻力系数的波动值小于0.001，则可视为计算稳定。收敛较好的
残差曲线如图10所示，气动阻力系数监控曲线如图11所示。
6 仿真结果后处理
6.1 仿真结果输出
仿真分析可输出拟关注的分析结果，如输出气动六分力系数、前舱进气量及关键仿真信息如仿
真车速、迎风面积，如表6所示。
6.2 仿真结果评价方法
速度云图
根据仿真分析结果输出坐标系三个方向的截面速度云图，附录C中图C.1为Y=0截面速度云图。
根据车辆周边的速度分布，以及速度梯度变化判断分析结果的有效性。车辆周边流速越高，速度梯
度变化越缓，整车阻力呈现减小趋势。
压力系数云图
根据仿真分析结果输出整车表面压力分布云图，附录C中图C.2为车体表面压力云图。减小迎风
正压区，增大逆风正压区。迎风面正压越小，逆风面正压越大，整车阻力呈现减小趋势。
速度矢量云图
根据仿真分析结果输出坐标系三个方向的截面速度矢量图，附录C中图C.3为Y=0位置截面速度
矢量图，根据矢量图分析整车周围流场结构，获得整车周围涡系形态与分布。减少车辆前部气流分
离，加速尾部气流分离，整车阻力呈现减小趋势。
流线
根据仿真分析结果输出整车周围的流线图，附录C中图C.4为车轮附近流线图。流线紧贴整车表
面，快速顺畅通过车辆，整车阻力呈现减小趋势。
面剪切力云图
根据仿真分析结果整车壁面剪切应力图，附录C中图C.5为整车表面壁面剪切应力云图。根据剪
切应力分布，以及应力梯度变化判断分析结果的有效性。
等值面云图
根据仿真分析结果输出整车总压为零的等值面，附录C中图C.6为整车总压为零的等值面。根据
等值面云图获得整车等值面的大小以及分布形态。总压为零等值面反应流动分离区域的大小，总压
为零等值面小，整车阻力呈现减小趋势。
阻力系数累积曲线
根据仿真分析结果输出整车风阻系数累积曲线，附录C中图C.7为阻力系数累积曲线。根据阻力
系数累计曲线获得整车风阻系数增长趋势，根据风阻系数变化以及增长变化梯度，判断分析结果的
有效性。
7 仿真分析报告
7.1 报告一般要求
根据分析对象及分析内容，制定分析报告的名称、编号、分析标准、报告编写人员信息。
7.2 仿真分析模型
对仿真分析模型应对的车辆的制造商、生产年份信息进行说明，记录整车数据的版本，如CAS
面版本、机舱、底盘数据状态信息。
7.3 仿真分析软件
记录仿真软件的官方名称、版本信息、软件类型。
7.4 仿真任务概述
对分析任务进行背景介绍，并说......
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