在尾部和底部几何形状共同影响下，“DrivAer”汽车模型的空气动力学性能：一项PANS计算研究

《Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering》：Aerodynamic performance of the “DrivAer” car model under the combined influence of rear-end and underbody geometry: A PANS computational study

　　

摘要

通过计算建模研究了“DrivAer”车型尾部设计和底部构造对空气动力性能的综合影响。本研究利用了现有的实验数据进行比较评估。数值分析采用了部分平均纳维-斯托克斯（PANS）方法，这是一种结合了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）和大涡模拟（LES）方法的变分辨率混合湍流建模框架。研究重点关注了快背型、 notchback型和 estate-back 型的“DrivAer”变体，并考虑了详细的和简化的底部几何形状。在 PANS 框架内，未解决的湍流动态通过基于涡粘性假设的适当修改的三方程低雷诺数 RANS 模型来捕捉。在该公式中，为变量 ${\zeta }_u$ 进行了求解。这个量被定义为 ${\zeta }_u$，它代表了湍流强度的标准化壁法向分量，在模型中起着核心作用。具体来说，它考虑了雷诺应力各向异性对湍流粘性公式中使用的特征速度尺度的影响。本研究中采用的 PANS 方法是在商业 CFD 代码 AVL-FIRE 中实现的，该代码遵循了 Basara 等人的公式进行所有模拟。除了 PANS 方法外，所有考虑的配置还使用稳态 RANS 和非稳态 RANS（URANS）框架进行了模拟，同时使用了构成 PANS 方法基础的相同湍流模型公式。与传统的基于 RANS 的方法不同，PANS 技术能够根据计算网格的时间和空间分辨率解析湍流谱的一部分，而只对剩余的未解决尺度进行建模。因此，PANS 在准确表示与边界层分离和随后从车辆表面脱落的涡流相关的流动不稳定性方面具有明显优势，这导致尾流结构随尾部形状和底部构造而显著变化。这种增强的预测能力在“DrivAer”汽车模型的空气动力特性的计算中尤为明显，其中 PANS 结果与实验观察到的趋势非常接近。

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