汽车空气动力学1.ppt

2.3 简单类车体外流场的数值模拟 建立几何结构，生成计算网格（节点数 196059） 图2.1 参考车辆及基础模型尺寸示意图 图2.2 流场空间布置及网格划分 2.3 简单类车体外流场的数值模拟 选择求解器和方程：2D 标准k ?ε 湍流模型 确定边界类型及边界条件： 入口边界选取远端来流方向为速度入口，速度为X 方向60m/s，出口边界为压力出口，出口相对压力为0。湍流动能k 和湍流耗散度ε 分别为0.024 和0.01 求解计算 改变车头前缘发动机罩的高度值H，即改变发动机罩的倾角(图2.3a) ，同时改变发动机罩与挡风玻璃交接的位置， 从而改变挡风玻璃的倾角γ (图2.3b)，对多组不同参数下的模型进行外流场的数值模拟。 2.3 简单类车体外流场的数值模拟 图2.3 基本车体模型及车头尺寸变化示意图 不同车头尺寸条件下的阻力系数值 2.4 车头外形的车身外流场数值模拟 改变基础模型车头外形， 并对其外流场数值模拟 图2.4 车头上缘使用大圆弧过渡的车身模型外流场速度分布图（20134个节点） =0.3350 =0.3050 图2.5使用钝圆弧进气面外形的车身模型外流场速度分布图 2.4 车头外形的车身外流场数值模拟 =0.3100 图2.6 车头上缘凸头模型 =0.2930 图2.5 抬高车头底部前缘的车身模型外流场气流速度分布图 =0.2872 图2.7 挡风玻璃和车顶交界面使用大过渡弧度的车身模型的外流场速度分布图 结论： 使用良好的弧度曲面可以降低车头的迎风阻力，减少压差阻力，改善汽车表面的气流流动，减少摩擦阻力。 试验结果更突出了大圆弧过度对流场的改善作用。所以车头使用单一曲面应可以减少因表面突变带来的气流阻滞，使气流流动更为顺畅 2.4 车头外形的车身外流场数值模拟 3 湖南大学菱形新概念车气动特性研究 3.1 菱形新概念车气动特性 3.2 车辆横摆角与阻力系数关系 3.3 车辆外流场数值仿真研究  3.1 菱形新概念车气动特性 为了提高乘用车辆行驶的安全性、乘坐舒适性、燃油经济性、操纵方便性、外形美观性，湖南大学钟志华教授等2004年提出了一种类菱形车，该车轮系按照菱形布置，前后各一个驱动轮，车中部为两个从动轮这种结构。 3.1 菱形新概念车气动特性 2005年湖南大学车辆工程专业吴军博士论文《汽车外流场湍流模型与菱形新概念车气动特性的研究》内容为： 首次对菱形新概念车车体通过建立低雷诺数非线性涡粘性湍流模型（全应力输运湍流模型WST（whole stress transport turbulence model））进行数值仿真，通过深入分析新概念车车身的低阻气动特性及其与典型汽车之间的差异，运用了多种分析方法来揭示新概念车拥有低阻性能的原因。 3.1 菱形新概念车气动特性 3.1.1 风洞试验 图3.1 概念车模型风洞试验 图3.2 典型车辆模型 风洞试验 3.1 菱形新概念车气动特性 图3.3 典型汽车(左)与新概念汽车（右）气动力力矩和来流速度、侧偏角的关系 3.1 菱形新概念车气动特性 图3.4 典型汽车（左）和新概念汽车（右）压力系数与不同侧偏角的关系 3.1 菱形新概念车气动特性 新概念车后扰流板的作用在于破坏了在车后部即将形成的强大的尾涡，致使高速气流被滞缓，使汽车的尾流结构由大的旋涡变成了由一些不规则的小漩涡构成的湍流，强大的尾涡减弱了，湍流损失也随之减少，从而降低了压差阻力。 图3.5 后扰流板对压力系数的影响 3.1 菱形新概念车气动特性 3.1.2 数值模拟 新概念车模型外流场计算区域划分网格单元总数为230万个体积单元，典型汽车模型外流场计算区域划分网格单元总数为260万个体积单元。 图3.6 网格划分 3.1 菱形新概念车气动特性 新概念汽车与典型汽车阻力系数对比 表3.1 新概念汽车数值模拟阻力系数与实验值对比 表3.2 典型汽车数值模拟阻力系数与实验值对比 3.1 菱形新概念车气动特性 试验值与仿真值对比结果 图3.7 表面压力分布计算值和仿真值结果对比 3.1 菱形新概念车气动特性 3.1.3 外流场性能数值仿真 前部和尾部流态仿真 左图 图3.8 车辆后部速度对称面流线形态 右图 图3.9 车辆前部速度对称面流线形态 3.1 菱形新概念车气动特性 结果分析： 根据车身尾部纵对称面上的气流流态分析，新概念车由于没有明显的湍流现象，能够避免尾部的泥土上扬现象； 而在