建立高速列车空气动力学计算模型

时间：2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-2 启动ICEM软件2）选择[File]＞[Import Geometry]＞[STEP/IGES]菜单命令，选择计算模型的打开格式，如图4-3所示。3）打开计算模型。图4-4 打开计算模型4）Tetin File名默认为train.tin，单击“OK”按钮，稍后会出现如图4-5所示的“Create a new project”对话框。可以看出，为表示各面，车体模型线条增加。1）检查模型面网格。图4-12 建立计算域图4-12 建立计算域2）单击属性栏“BOX Origin”项右侧的按钮，视图区出现“Select location”工具栏，如图4-13所示。

建立高速列车空气动力学计算模型

1.导入模型

1）通过开始菜单，启动ICEM软件，如图4-2所示。

图4-2 启动ICEM软件

2）选择[File]＞[Import Geometry]＞[STEP/IGES]菜单命令，选择计算模型的打开格式，如图4-3所示。由图4-3可知，软件包括多种可导入格式，可支持多种CAD软件输出的文件格式。

3）打开计算模型。在弹出的“Select STEP/IGESfiles”对话框中选择“train.IGS”项，如图4-4所示。单击“打开”按钮确认操作。

图4-3 选择计算模型的打开格式

图4-4 打开计算模型

4）Tetin File名默认为train.tin，单击“OK”按钮，稍后会出现如图4-5所示的“Create a new project”对话框。

图4-5 “Create a new project”对话框

5）单击“Yes”按钮，视图区出现导入的列车头车模型，如图4-6所示。

图4-6 列车头车模型

6）勾选[Model]＞[Geometry]＞[Surfaces]项，视图区头车模型的线框模式图如图4-7所示。可以看出，为表示各面，车体模型线条增加。

图4-7 头车模型的线框模式图

2.检查模型及修改模型

1）检查模型面网格。单击工具栏中的[Geometry]＞[Repair Geometry]（即项），选择属性栏中的按钮。在“Tolerance”项中输入2，如图4-8所示。单击“Apply”按钮确认操作。

图4-8 检查模型面网格

2）单击工具栏中的[Geometry]＞[Delete Surfaces]（即项），视图区鼠标变为十字形式，如图4-9所示。可以看出，图4-9中所指区域存在一个多余面（位于车体表面内部）。

图4-9 多余面

3）单击该多余面。图4-10中增加的黑色线条对应的面就是所选中的多余面。

图4-10 选中多余面

4）单击鼠标中键，多余面被删除，如图4-11所示。

图4-11 删除多余面

3.建立计算域

1）单击工具栏中的[Geometry]＞[Create/Modify Surface]（即项），选择视图区中的图标，如图4-12所示。在“Create Std Geometry”中保持选择“Box”项，在“Box Dimensions”栏中保持“Method”项为“Specify”。

图4-12 建立计算域

2）单击属性栏“BOX Origin”项右侧的按钮，视图区出现“Select location”工具栏，如图4-13所示。选择工具栏上的按钮，单击如图4-14所示的点，显示出该点的坐标值1199.3515401.5327.692。

图4-13 显示点的坐标值

3）鉴于本节列车长度为20m左右，且车头鼻端处Y轴坐标值约等于零，计算域沿车长方向（Y轴方向）取5倍车长，沿车宽方向取30m对称分布，沿车高方向取20m（地面高度设为Z轴坐标值约等于零）。在属性栏中输入以下信息：

创建好的计算域如图4-14所示。

图4-14 创建好的计算域

4.创建流体域Body项

1）单击工具栏中的[Geometry]＞[Create Body]（即项），选择视图区中的图标，如图4-15所示。

图4-15 创建Body项

2）选择图4-15中的点1和点2，单击鼠标中键确认操作。新生成的Body点如图4-16所示。

图4-16 新生成的Body点

5.创建Part项

1）勾选[Model]＞[Geometry]＞[Points]项，取消选择[Model]＞[Geometry]下的其余项和[Model]＞[Parts]＞[Body]项。视图区中仅显示出所有点，如图4-17所示。

图4-17 显示所有点

2）右键单击[Model]＞[Parts]，选择“Create Part”项。修改属性栏中的Part名为“Points”。单击属性栏中的项，视图区出现“Select geometry”工具栏，如图4-18所示。

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图4-18 选中所有点

3）单击“Select geometry”工具栏中的“”按钮（选择所有可见几何体），或单击键盘中的“A”键，选择视图区中不同颜色的所有点。单击鼠标中键确认操作，视图区中的所有点显示为一种颜色，同时出现[Model]＞[Parts]＞[POINT]项，如图4-19所示。单击鼠标中键，生成名为“POINT”的Part项。

图4-19 生成“POINT”项

4）勾选[Model]＞[Geometry]＞[Curves]项，取消选择[Model]＞[Geometry]下的其余项，视图区中仅显示出所有曲线。

5）修改属性栏中的Part名为“Curve”。单击属性栏中的项，视图区出现“Select geometry”工具栏。同样，单击“Select geometry”工具栏中的“”按钮，或单击键盘中的“A”键，选择视图区中不同颜色的所有曲线。单击鼠标中键确认操作，视图区中的所有曲线显示为一种颜色，同时出现[Model]＞[Parts]＞[CURVE]项，如图4-20所示。

图4-20 显示所有曲线

6）勾选[Model]＞[Geometry]＞[Surfaces]项，取消选择[Model]＞[Geometry]下的其余项，视图区中仅显示出所有曲面。

7）修改属性栏中的Part名为“Surface”。单击属性栏中的项，视图区出现“Select geometry”工具栏。同样，单击“Select geometry”工具栏中的“”按钮，或单击键盘中的“A”键，全部选择视图区中不同颜色的所有曲线。单击鼠标中键确认操作，视图区中的所有曲线显示为一种颜色，同时出现[Model]＞[Parts]＞[SURFACE]项（绿色字体），如图4-21所示。注意，视图区中的所有面也均为绿色，这是ICEM软件的方便之处。

6.设置计算域边界

1）保持选择[Model]＞[Geometry]＞[Surfaces]项。右键单击[Model]＞[Parts]，选择“Create Part”项。修改属性栏中的Part名为“INLET”，选择如图4-22所示的面作为进口面，单击鼠标中键确认操作，同时出现[Model]＞[Parts]＞[INLET]项。

注意：一般选中的面均表示为黑色。

图4-21 生成“SURFACE”项

图4-22 选择进口面

2）修改属性栏中的Part名为“OUTLET”，选择如图4-23所示的面作为出口面，单击鼠标中键确认操作，同时出现[Model]＞[Parts]＞[OUTLET]项。

图4-23 选择出口面

3）修改属性栏中的Part名为“GYM”，选择如图4-24所示的面作为虚拟的计算域表面，单击鼠标中键确认操作，同时出现[Model]＞[Parts]＞[GYM]项。

图4-24 选择计算域表面

4）修改属性栏中的Part名为“GROUND”，选择如图4-25所示的面作为计算域的地面，单击鼠标中键确认操作，同时出现[Model]＞[Parts]＞[GROUND]项。

图4-25 选择地面

5）仅选择[Model]＞[Parts]＞[SURFACE]项。修改属性栏中的Part名为“TRAIN”，单击属性栏中的项，视图区出现“Select geometry”工具栏。同样，单击“Select geometry”工具栏中的“”按钮，或单击键盘中的“A”键，选择图4-26中的所有面作为车体表面，单击鼠标中键确认操作，同时[Model]＞[Parts]＞[SURFACE]项更名为[Model]＞[Parts]＞[TRAIN]项。

图4-26 选择车体表面

7.网格划分

1）单击工具栏按钮[Mesh]＞[Global Mesh Setup]（），选择属性栏中的[Global Mesh Parameters]按钮（）。如图4-27所示，保持“Global Element Scale Factor”项的值为1.0，在“Global Element Seed Size”项中输入“2000.0”（软件默认网格尺寸按mm计），单击“OK”按钮确认操作。

图4-27 输入网格总体尺寸

2）输入各边界表面的最大尺寸。如图4-28所示，单击工具栏[Mesh]＞[Part Mesh Setup]（）项，在弹出的“Part Mesh Setup”对话框的“max size”一栏中输入各part的最大尺寸，“TRAIN”项要求车体表面网格最大为“100”，在“GROUND”、“GYM”、“INLET”、“OUTLET”项均输入“2000”。