杨博[1]2004年在《车轮旋转条件下轿车外流场的数值计算研究》文中认为轿车外流场中的尾流场和车轮流场十分重要。尾流场特性与车辆的气动阻力和气动升力密切相关，而基本形体周围的流动特性由于旋转车轮的存在变得非常复杂。对于轿车车轮流场，先前的研究中常常进行了过多的简化，所以有必要开展比较详细的在车轮旋转影响下的轿车外流场研究。当今世界的全尺寸风洞中只有少数几座带有移动地板系统，目前进行全尺寸轿车车轮旋转风洞试验仍然比较困难，而且旋转车轮的表面压力也难以获得。CFD技术可以在这个领域发挥有效的作用，因此我们应用CFD技术比较详细地分析了某国产轿车的尾流场和车轮流场，以便为风洞试验研究提供依据、积累数据。网格生成是CFD技术的一个关键内容。网格生成方法多种多样，如何在特定的研究和设计阶段选择网格生成的方法和形式是一个重要的问题。前人的研究中虽然都提及了网格方案，但是都没有对多种方案进行比较系统地对比分析，因此有必要针对轿车外流场进行详细的网格技术的探讨。目前的CFD软件一般都是采用迭代法求解离散方程。防止迭代过程中求解发散非常重要。影响解的收敛性的主要因素除了湍流模型、数值离散的格式和相应的数值控制方法外就是网格质量。对于轿车外流场这种实际问题，一般要采用比较成熟的湍流模型，数值离散格式和相应的数值控制方法，因此，提高CFD软件收敛性和精度的最不确定因素就是网格生成技术。本文比较系统地论述了网格技术基础，包括结构化网格、非结构化网格、混合网格的生成方法和特点，以及自适应性网格、笛卡尔网格的特点。为轿车外流场模拟选用的网格方案提供依据。针对某国产轿车，对比分析了五种网格方案，给出网格生成的一般步骤。选取了叁种网格方案，应用大型CFD软件STAR-CD中选用成熟的高雷诺数的湍流模型和SIMPLE算法来求解此轿车的外流场，对比不同网格方案的计算结果。文中重点分析此车型的尾流场和车轮流场，分别应用了车轮固定和车轮
甄华翔[2]2007年在《转动车轮对轿车外流场影响的数值模拟》文中进行了进一步梳理汽车空气动力特性是汽车的重要特性，对汽车的动力性、燃油经济性和操纵稳定性有直接的影响。数值模拟计算是现今研究汽车空气动力特性的重要方法。在汽车外流场数值模拟计算中，通常只采用简化车身，后视镜、车轮等车身附件被忽略不计。作为汽车车身中重要的组成部分，因车轮影响而增加的气动阻力可占到整车阻力的30％，车轮对汽车空气动力特性有重要影响。除此之外，由于车轮的作用，车身底部流场进一步复杂化，其结果也直接影响整车的空气动力特性。因此，了解和掌握车轮附近流场特性以及对整车外流场的影响，对于进一步改善和提高汽车整体气动特性有重要作用。本课题中，首先对Ahmed钝体进行数值模拟计算，得到所选用的湍流模型和网格的计算精度，保证后续数值模拟计算结果的可靠性，并比较了取消支柱和使用支柱情况下Ahmed钝体的气动特性变化。其次分析单个车轮在悬空、着地情况下的不同气动特性表现。最后选用国内某常见轿车为计算模型，比较在无车轮、固定车轮、转动车轮条件下，模型气动特性的差别，并详细分析车轮附近流场特性以及其对整车气动特性的影响。结果证实：支柱对Ahmed钝体气动特性有重要影响；无车轮模型在气动阻力与气动升力的计算上误差较大，带有车轮的模型在气动阻力与气动升力计算上吻合较好：车轮是产生阻力与升力的重要车身附件；车轮的存在对车身尾部涡流形态有重要影响；固定车轮与转动车轮对于车身尾涡区的影响类似，计算得到的气动力系数比较接近；车轮直接影响整个汽车的外流场特性，忽略车轮的汽车外流场数值模拟计算不能得到正确结果，不能符合实际工程的要求。
张勇[3]2017年在《基于LBM-les法改进与试验数据修正的汽车气动升力研究》文中进行了进一步梳理当前,汽车高速行驶时的气动升力日益得到国内外的重视,当车速超过80km/h后,气动升力对行驶稳定性的影响已不容忽视。然而国际上气动升力的数值仿真精度尚不能达到工程应用要求,一方面汽车空气动力学适用的经典湍流模型相关经验系数,是基于单一扰流计算演绎推进而来,已能满足气动阻力工程需求,而气动升力对车身周围气流异常敏感,难以准确模拟;另一方面,通用的有限体积法,无法避免空间离散时的网格畸变,且经验式等厚附面层网格与实际车身附面层不符;能避免网格弊端的格子LBM-les法,其粒子拓扑关系和湍流模型制约着计算精度和效率;由于风洞试验中不可避免的存在模型安装姿态、车身底部与风洞地板的双附面层等干扰因素,气动升力难以测量准确。此外,由于车身风压中心难以确定,数值仿真和风洞试验中,前后两轴分项升力系数很难获得,因而在工程应用中无法有效的对气动升力进行优化控制。针对以上问题,本文从气动升力风洞试验数据修正和改进格子LBM-les数值计算方法入手,开展了如下具体的研究工作:1.开展了气动升力风洞试验数据修正研究。研究了汽车模型安装姿态、车身底部和风洞地板附面层对气动升力测量影响规律,探明了车轮离地间隙和地面附面层是气动升力测量精度影响的关键因素。针对模型安装后,风洞地板附面层无法测量的问题,首次提出了压板阵列管压力转化法,获得了风洞地板附面层厚度分布规律和抽吸率对附面层厚度影响规律;为保证流场品质,以6%为最佳抽吸率,对气动升力-离地高度/地板附面层厚度进行数据拟合,得出了车轮无离地间隙且附面层厚度符合SAE标准的气动升力值,建立起一套风洞试验气动升力系数据修正方法,并以此获得了多款车型更为精准的气动升力风洞试验数据;2.进行了格子LBM-les法粒子拓扑关系寻优研究。为从空间离散模型环节保证计算精度,结合汽车扰流特性,在多款车型的有限体积法仿真结果和试验对比基础上,分析了影响数值仿真精度的主要因素;为避免空间离散时网格畸变和附面层网格不符合实际流动的问题,选择格子LBM-les法,并以具有单一流动特性的圆柱扰流为研究对象,采用试验设计优化法,建立了格子LBM-les法粒子拓扑关系的普适性准则,获得了最优粒子分布参数,仿真与试验对比表明,基于普适性准则而建立的最优粒子分布参数,提高了格子LBM-les法气动升力计算精度7.58%。3.对格子LBM-les法进行了改进研究。为提高气动升力仿真精度和效率,在相同的硬件和计算模型条件下,结合风洞试验数据,对比分析格子LBM-les法Smagorinsky-Lilly、动态Smagorinsky-Lilly和Wall-adapting local eddy-viscosity模型的计算资源消耗、气动力、流场、表面压力等仿真结果,对计算效率最高且精度尚可的Smagorinsky-Lilly亚格子模型,应用多岛遗传优化算法,对经验系数进行了寻优研究,结合最优粒子拓扑结构,形成了兼顾效率和精度的改进的格子LBM-les法,应用该方法仿真所得多款模型的气动升力误差在5%以内。4.研究了基于改进格子LBM-les法的多工况下汽车气动升力特性。针对车身周围气流流动状态不同而导致气动升力特性差异较大问题,对某款轿车模型在不同简化程度和车轮旋转工况下,开展了各工况流场特征、压力、升力系数及功率谱等气动升力特性研究;针对车身姿态连续变化与静态变化下的气动升力特性有着本质区别的特点,采用改进的格子LBM-les法,对加速过程中车头连续抬起的工况进行了研究,从而揭示了汽车高速行驶时不稳定状态下的气动升力变化特性。5.开展了前后两轴气动升力分项系数求解方法研究。针对汽车车身风压中心难以确定,数值仿真和风洞试验中,前后两轴分项升力系数很难获得,不能有效的对气动升力进行优化控制的问题,基于SAE标准与HD-2风洞设计规范,研究了HD-2风洞中模型安装位置与受力关系,推导了六分力力系平衡方程,建立了试验条件下前后两轴分项升力系数计算公式;基于此,利用升力系数无量纲性,建立了HD-2风洞结合CFD的汽车气动升力系数求解算法。6.开展了实际轿车模型气动升力优化控制研究。根据汽车高速行驶时不稳定状态下的气动升力变化特性,将车身底部封闭,使得气动升力降低36.4%,减阻4.29%;在此基础上,提出了防“发飘”前齿结构,采用优化拉丁超立方、kriging近似模型和采用多岛遗传算法,开展了结构优化设计,改善了某轿车气动升力特性和高速稳定性。综上所述,通过基于LBM-les法改进与风洞试验气动升力数据修正研究,提高了汽车气动升力仿真与试验数据精度,经大量风洞试验和仿真研究,为解决汽车气动升力和提高高速气动稳定性提供了理论依据和方法,具有重要的理论与工程应用价值。
董立伟[4]2012年在《基于内流的汽车气动特性研究与分析》文中认为汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性与安全性。发动机舱及乘员室内流是汽车空气动力学中最复杂的一个部分，对汽车气动特性有着非常重大的影响。但我国汽车空气动力学起步较晚，对汽车气动特性的研究以外流场为主，而对发动机舱、乘员室内流大多只孤立的进行汽车气动特性研究；加之国内的汽车风洞以模型风洞居多，而且试验模型相对简单，没有设置发动机舱及乘员室内流。因此基于发动机舱及乘员室内流的耦合气动特性研究已成为制约我国汽车自主研发的主要技术瓶颈之一，因此，基于内流的汽车气动特性研究与分析具有重要的现实意义。汽车空气动力学研究目前以风洞试验为主，但是发动机舱及乘员室位于舱体内部，舱内流场分布情况的观测比较困难，而且流经特定面的空气流量的统计也非常复杂。随着计算机技术的发展和试验成本控制等因素考虑，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法，在内外流耦合计算中得到了广泛的应用。本文正是采用CFD技术，基于内流对汽车气动特性进行研究与分析：首先，对汽车绕流流场模拟中的湍流模型与数值网格进行研究。应用四种常用RANS湍流模型进行外流场计算，研究了升力特性、阻力特性、收敛特性、流场特性上的表现，得到适合汽车流场的RANS模型:Realizable k，并与DES模型进行对比分析，针对不同研究目的选用DES或者RANS模型；对常用的数值网格方式进行对比分析，得到适合汽车外部流场的网格划分方案，为后续工作提供了基础。其次，对某轿车外流场进行空气动力特性研究，并研究了车轮旋转效应对汽车气动特性的影响，为汽车风洞试验数据修正提供依据。再次，基于发动机舱内流的某轿车进行内外流耦合计算，分析了其流场气动特性，并与外流场进行了对比分析。最后，基于轿车外流场模型加入乘员室模型，在侧窗、天窗开启的情况下对整车进行耦合气动特性研究，对含有内流的耦合流场仿真进行进一步探索。
师广伟[5]2008年在《面向CFD的轿车底部参数化建模》文中认为CAD技术广泛用于汽车领域,带来了汽车设计、生产方式的新变革。本文以轿车底部模型为研究对象,阐述了其基于KBE的参数化、智能化设计CAD软件的开发过程及其关键技术。轿车底部简化设计模块是在集合最优的UG开发工具和设计方法的基础上,通过二次开发完成的。文中结合知识驱动自动化、知识熔接技术以及用户自定义特征等重要的研究内容,着重叙述了空气动力学CFD技术、参数化以及KBE技术的发展状况。作为基于UG平台而自主开发的车身部件参数化设计专用工具软件包,该软件模块通过设计向导用户界面的设计风格,从实际工业应用上已经完全实现了车身部件设计的自动化和智能化,从而为车身设计人员提供了专业的智能化设计工具。
陈振明[6]2008年在《微型客车外流场数值模拟》文中提出汽车的空气动力性能是汽车的重要性能参数之一,它对汽车的动力性、经济性和稳定性有极其重要的影响;影响汽车空气动力性能的主要因素就是汽车周围的流场结构;数值模拟已经成为了汽车空气动力学研究的一种重要方法。在汽车的外流场数值模拟中,边界条件、不同网格类型和结构、湍流模型和计算方法都对数值模拟的计算结果有很大的影响。对于微型客车,由于其造型的独特性和对计算结果的目标要求等特点都与轿车等有所不同。所以进行微型客车的外流场数值模拟研究有非常重要的理论意义和实用价值。本论文对微型客车的外流场进行了数值模拟,通过对2种地板边界条件和11种不同大小计算域的数值模拟结果的对比分析,得出以下主要规律性认识和结论:①采用固定地板和移动地板两种不同的地板边界条件,对微型客车的上部流场影响较小,而对底部流场影响较大;②不同的地板边界条件对气动阻力和后轮升力影响较小,而对气动升力,前轮升力影响很大;③计算域前端远近的选择对气动阻力系数计算结果将会随着距离的增大而减小,而气动升力系数则随着距离的增大而增大;④随着长方体计算域侧面宽度的增大,气动阻力系数和气动升力系数有所减小,但到一定宽时,气动阻力系数和气动升力系数减小不明显;⑤长方体计算域后端所取的长短,对气动阻力系数和气动升力系数的计算结果的影响存在不太有明显的变化规律;⑥微型客车的外流场数值模拟的计算域前端取2倍车长、侧面取3倍车宽、后部取于6倍车长是比较合适的。
谭妍玮, 张众华, 刘秋生[7]2015年在《基于Fluent的考虑旋转车轮影响的汽车外流场分析》文中提出以某型轿车为基础,建立了包含后视镜、车轮及车身造型的整车外流场模型,利用Fluent软件对车轮在静止与旋转条件下的外流场进行了数值模拟,并进行对比分析。仿真结果表明:旋转车轮影响整车所受的气动阻力和气动升力,同时旋转车轮还对车身底部和尾部以及后视镜处的涡流形态和尺度有很大影响。可见,旋转车轮对整车外流场的分析结果具有重要影响,不可忽略。
张敏[8]2015年在《基于伴随方法的汽车气动外形优化设计研究》文中研究说明我国高速公路里程数和汽车产销量高居世界第一位,然而汽车产业的自主研发能力却与真正的汽车强国有很大的差距,包括汽车的气动外形优化设计。通过汽车的气动外形优化设计降低车身气动阻力,不仅提高了气动性能,还能改善燃油经济性,在石油资源日益短缺的今天,这项优化技术的研究具有非常重要的实际意义和理论价值。本文针对国内现阶段汽车气动外形优化研究中存在的盲目性和低效率的问题,将广泛应用于飞行器外形优化设计领域的伴随优化方法,引入到汽车气动外形优化中,对低阻力值的汽车气动外形进行了探索研究。首先,研究了汽车计算流体动力学的理论基础,包括气动阻力的产生、与汽车外形的关系,汽车行驶时的流场特性,数值仿真的离散方法、计算方法等内容。然后,进行了数值计算精度的研究:选取外形与车身形状相似的简单模型——Ahmed模型为仿真对象,建立与风洞试验大小相同的计算域,设定与风洞试验一致的边界条件;选取工程计算常用的两种网格方案,四面体+叁棱柱网格方案和六面体网格方案,以及常用的两种湍流模型,RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型,组合后进行了四种方案的数值计算,通过对计算结果的精确度和收敛性的比较,以及与风洞试验尾部流场的比较分析,确定六面体网格与Realizable k-ε湍流模型这一组合方案的计算结果最为精确、合理。之后,在六面体网格划分下,采用Realizable k-ε湍流模型对Ahmed模型进行了车身外形的优化研究:引用计算量小且适用范围广泛的伴随优化方法,在FLUENT中进行伴随计算,获得车身外形敏感值分布图后对关键部位及整个模型进行自动变形优化,最终气动阻力系数降低率达16.66%。最后,应用伴随方法对某流线型轿车进行气动外形优化:对实车模型进行数值计算与气动特性分析,并进行风洞试验验证其计算结果可靠性,在此基础上进行伴随计算与变形优化,最终气动阻力系数降低了2.54%,气动性能有所提高。本文将伴随优化方法引入到汽车行业内,并进行了实际车型的工程验证,为我国汽车气动外形优化研究提供了理论支持。
张海峰[9]2011年在《基于湍流模型的汽车气动特性研究》文中认为2010年，我国已成为世界第一大汽车消费国和第一大汽车生产国，但仍然不是汽车强国，汽车研发能力薄弱，其中汽车高速气动特性与国外高端研发行业仍然存在一定的差距。计算流体动力学方法（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）日益成为汽车空气动力学研究的主要工具和手段，被越来越广泛地应用到汽车的研发过程中。基于计算流体力学中的湍流理论，汽车外部流场模拟和气动阻力问题已基本解决，但是湍流模型对汽车气动升力的数值计算等问题仍存在不足。本文从湍流模型求解中遇到的问题出发，提出了解决方法和措施，并通过汽车风洞实验来验证其有效性，为汽车空气动力学中湍流模型的应用做了一些有益的探索。本文对商用CFD软件Fluent做了简单介绍，将常用的网格类型进行了对比，并制定最适合汽车外部流场的网格划分方案。在叁维MIRA模型基础上建立CFD计算网格模型，运用计算流体力学软件Fluent进行计算。在相同的CAD模型、计算网格、边界条件下，分别使用标准k ε、RNG、Realizable和SST四种湍流模型对MIRA模型进行了外流场计算分析，着重考查了四种湍流模型在升力特性、阻力特性、收敛特性、流场特性上的表现。通过对比分析了四种湍流模型计算结果的差异，提出了针对不同应用选择不同湍流模型这一观点。针对汽车外流场气动升力分析这一特定应用，通过分析四种湍流模型的计算结果，选择标准k ε和Realizable湍流模型作为优化对象，进而研究这两种湍流模型参数对气动升力计算的影响，并有针对性的进行优化。改进的湍流模型更好地满足了汽车外流场气动升力的分析需求，进一步提高了计算精度，为今后的汽车外流场分析提供了依据。文章基于湍流模型数值计算方法构造了汽车气动升力拟合公式，为CFD计算仿真提出了一种新思路。
甄华翔, 于学兵[10]2008年在《旋转车轮对汽车外部复杂流场的影响》文中研究表明车轮影响着整个汽车的外流场特性,车体周围的流场由于旋转车轮的存在而复杂化。通过对带有车轮的汽车模型进行数值模拟计算,比较无车轮、静止车轮和旋转车轮的计算结果,得到旋转车轮对汽车的尾涡结构、气动阻力和气动升力有重要影响。车轮在汽车外部复杂流场的数值计算中不能被忽略。
参考文献：
[1]. 车轮旋转条件下轿车外流场的数值计算研究[D]. 杨博. 吉林大学. 2004
[2]. 转动车轮对轿车外流场影响的数值模拟[D]. 甄华翔. 大连理工大学. 2007
[3]. 基于LBM-les法改进与试验数据修正的汽车气动升力研究[D]. 张勇. 湖南大学. 2017
[4]. 基于内流的汽车气动特性研究与分析[D]. 董立伟. 湖南工业大学. 2012
[5]. 面向CFD的轿车底部参数化建模[D]. 师广伟. 吉林大学. 2008
[6]. 微型客车外流场数值模拟[D]. 陈振明. 重庆交通大学. 2008
[7]. 基于Fluent的考虑旋转车轮影响的汽车外流场分析[J]. 谭妍玮, 张众华, 刘秋生. 四川理工学院学报(自然科学版). 2015
[8]. 基于伴随方法的汽车气动外形优化设计研究[D]. 张敏. 武汉理工大学. 2015
[9]. 基于湍流模型的汽车气动特性研究[D]. 张海峰. 湖南大学. 2011
[10]. 旋转车轮对汽车外部复杂流场的影响[J]. 甄华翔, 于学兵. 汽车科技. 2008
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