汽车在环境风洞内流场的数值模拟与实验研究

为研究汽车在环境风洞内的流场特性,建立了环境风洞和整车数值模型,考虑了风洞喷口和收缩段的阻塞效应、边界层抽吸以及实验设施等对汽车流场的干扰效应,对环境风洞内汽车前方、车身和车轮周围、冷却模块以及机舱内的流场进行了数值模拟。对车身表面的静压以及车身周围和车底部的风速等进行测试,通过数值模拟结果与实验结果的对比,表明数值风洞能准确预测汽车在环境风洞内的流场特性。研究结果显示：汽车前端气流的速度分布沿着气流方向发生显著变化,越接近前端冷却模块时风速的均匀性变得越差;汽车底部气流受地面、车底和轮胎旋转等的共同影响呈现规律性的变化,车底风速沿车身纵向先增大后减小。本方法对研究汽车在环境风洞内的热气动性能以及开发数值风洞提供了新的思路和参考。     

某MPV车型的尾翼气动优化研究

为优化某MPV车型的气动性能,基于风洞试验结合试验设计优化方法对其尾部的尾翼零件包括尾翼本体和侧面饰板进行多参数的优化。通过在风洞试验中的优化获得了该车型尾部的气动最优造型方案,相比原始造型方案,整车阻力降低约2.9%。之后对优化前后的造型方案进行了CFD仿真,对比了优化前后的压力分布和流场的差异,分析了整车阻力降低的原因。最后通过对比整车各区和零件上的阻力变化进一步验证了阻力降低的原因,为MPV车型的尾部气动开发提供了优化方向。     

基于鲨鱼鳍的汽车车身仿生气动减阻研究

通过基于鲨鱼鳍的仿生学研究,设计了一种轿车尾底部附加装置,以期减小汽车的气动阻力。在风洞实验验证了CFD仿真方案的基础上,应用ISIGHT集成UG,ICEM和FLUENT,通过参数化建模,采用2阶响应面近似模型和多岛遗传算法对附加装置进行优化。结果表明:仿生附加装置减小了尾部的气流分离,抑制了湍流涡结形成,改善了流场结构,有效降低了气动阻力,优化后的附加装置使汽车气动阻力系数Cd比原车减小了5.06%。     

轮胎花纹对整车气动特性影响的等效方法研究

本文基于LBM方法,首先计算了旋转条件下具有详细花纹外形的车轮的气动特性,然后将轮胎花纹简化为纵向沟槽,利用不同表面粗糙度系数值等效详细花纹外形的气动效应,计算旋转条件下的外形简化车轮的瞬态外流场特性。对比分析了两种外形车轮的流场分布特性和气动力发展结果,以及表面粗糙度系数值对气动特性的影响,获得了能够准确反映详细车轮花纹气动效应的表面粗糙度系数值,据此对整车瞬态外流场进行了数值计算,将结果与风洞实验值进行对比,一致性较好并且计算精度较高。该方法确定了较为合理的等效表面粗糙度系数值,对车轮旋转条件下的整车瞬态空气动力特性进行了较为准确的模拟,简化了处理轮胎详细几何的复杂程度,计算效率得到提高。     

车轮旋转对汽车流场影响的模拟研究

汽车车轮对汽车空气动力学特性有重要的影响。为了研究车轮旋转对汽车流场的影响,利用CFD方法,采用旋转壁面边界条件模拟汽车车轮旋转。建立了三维不可压缩雷诺平均方程,采用RNG湍流模型,利用二阶迎风差分格式获得控制体积界面上的物理量,应用SIMPLEC算法进行迭代计算．对汽车流场进行模拟仿真,并将结果与车轮静止的情况下进行对比分析。研究结果表明：汽车车轮转动对整车流场有明显的影响,特别是对汽车前后轮周围、汽车侧面和底面有很大的影响：车轮旋转情况下,车轮的上半部分受到的压力明显比静止的时候受到的压力大．但总体上会产生一个向上的气动升力：汽车在车轮旋转情况下,阻力系数和升力系数比车轮静止情况下的低。     

汽车底部复杂流场的主动和被动控制减阻方法研究

针对汽车底部复杂流场结构存在的问题及其对汽车燃油经济性的影响,以降低气动阻力为目标,采用计算流体动力学方法研究了侧风工况下汽车底部复杂流场的主动和被动控制减阻方法,设计了阻流板、侧裙、底部抽吸控制槽和尾部气流喷射控制槽4种减阻方案,分析了各方案对气动阻力的影响和减阻机理。研究结果表明,减阻效果与横摆角、阻流板高度、侧裙高度、底部控制槽抽吸速度和尾部控制槽气流喷射的速度与角度有关,4种减阻方案的气动阻力最大降幅分别为9.4%,10.4%,13.5%和4.7%。在实际使用过程中,宜根据汽车运行环境采用动态控制方法,以达到最优减阻效果。汽车模型风洞实验验证了本文中数值计算方法的准确性,研究结果可为汽车设计提供参考。     

不同几何参数车轮的汽车流场数值模拟研究

在以前研究的基础上对单个车轮进行了深入的仿真模拟,增加了对车轮辐板外形的模拟。通过对同一型号的、有不同辐板开孔的车轮进行分组研究发现,车轮几何参数的改变不仅影响车轮局部流动,还影响整个汽车的流场特性。进一步分析流场计算结果表明,车轮周围流场中涡量变化是引起汽车以及车轮气动阻力系数改变的主要原因。     

非光滑表面对汽车后视镜气动噪声的影响研究

汽车高速行驶时的气动噪声对汽车的舒适性影响很大,后视镜后方涡流对车身的脉动压力直接影响气动噪声的形成,而非光滑表面结构的合理布置能够对涡流起到一定的控制作用。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)中的RANS与分离涡模拟(Detached Eddy Simulation,DES)对长方体模型进行气动噪声数值仿真,并将其结果与试验结果对比,评估仿真方法对气动噪声预测的准确度。将凹坑型非光滑单元体布置在侧窗全连接、侧窗半连接、门外板连接三种不同基座造型的后视镜表面进行仿真计算。对比分析非光滑表面对流动状态、涡流结构及侧窗监测点声压级频谱的影响,探讨非光滑结构的扰流效应对后视镜区域流场形成的控制作用及其气动降噪效果,为有效控制后视镜区域流场结构,抑制涡激振动,改善乘员舱舒适性提供参考。     

不同车速对重卡冷却模块性能影响研究

文章以某重卡发动机冷却模块为研究对象,利用CFD STARCCM+、K-Omega湍流模型和MRF多重参考系模型,对整机冷却模块、冷却风扇和发动机舱的流场进行模拟分析.根据CFD仿真结果,用Kuli软件建立一维仿真模型,得到不同车速下的散热器液气温差值和中冷温升值,从而得出不同车速对冷却模块性能的具体影响.     

模型比例和风洞截面对汽车气动性仿真影响的研究

模型比例和风洞截面对汽车流场产生影响。应用FLUENT软件,分别对不同的车模比例和风洞截面形状进行气动性能仿真。结果表明：阻塞比在一定范围内,汽车气动参数变化平缓;选用不同的阻塞比在三种典型风洞模型中进行仿真计算,结果相差很大;闭式风洞的阻力系数较开式风洞高,开式风洞的升力系数较闭式风洞高。     

基于A柱-后视镜车内气动噪声数值模拟与预测

针对后视镜引起的前侧窗与车内气动噪声问题,采用计算流体力学(CFD)方法对某商用车进行车外后视镜区域数值模拟和车内噪声预测的研究。稳态分析采用RANS模型中SST(Menter)k-ω模型,瞬态分析采用基于SST(Menter)k-ω的分离涡模拟(DES);通过分析后视镜侧窗区域的稳态静压力与瞬态动压力、速度和涡量云图,揭示了因A柱后视镜而产生车窗表面的湍流压力脉动的机理;同时求解瞬态流场获得两侧车窗表面湍流压力脉动载荷。采用声学FEM方法将车窗表面湍流压力脉动作为边界条件来计算气动噪声的传播,基于车内声学空间不同频率的声压级云图分布规律,说明了车内气动噪声主要集中在中低频段和声压级最大的分布区域;驾驶员左耳旁声压级曲线展示了20-2500 Hz频段内声压级变化规律。最后进行实车道路滑行测试,证实了气动噪声在车速80-110 km/h时较为明显的结论;采用CFD结合声学有限元的方法可较为准确地预测车内100-2500 Hz气动噪声的声压级,为优化后视镜、降低驾驶室内气动噪声提供仿真和试验的技术方案。     

基于尾灯分离特征的SUV减阻方案设计及优化

为了实现某知名品牌SUV减阻的需求,文章采用CFD仿真方法研究了整车尾端的压力分布及流场特性,确定了尾灯造型对流场的耦合作用是导致尾端负压区域过大的主要原因;在该认识的基础上,采取在尾灯表面添加分离特征的方式寻求潜在的减阻方案,并通过风洞试验对上述减阻方案进行了验证和优化。风洞试验结果表明:当尾灯分离特征的相对高度h为5 mm、边界倒角半径R不大于2.5 mm时,减阻效果在兼顾工程可行性的前提下达到最优,其减阻收益ΔC_(d)约为-0.005。此外,该分离特征对尾端流场的稳定性也起到了改善作用。     

PHEV电池包热管理系统设计优化与仿真分析

为实现电池包热管理系统低能耗和高效率散热的目的,文章通过流体动力学（CFD）仿真及实验对某插电式混合动力汽车（PHEV）乘用车电池包热管理系统进行优化研究。电池包热管理系统采用液冷散热,流场压力损失设计目标值为27kPa。初始方案中,流场压力损失实测值约为60 kPa,CFD仿真分析表明,液冷系统流场进出口是产生压力损失的主要部件;采用增大进出口管径的方法对液冷系统进行优化,仿真和实验结果表明,优化后的液冷系统压力损失减小至26 kPa左右;液冷系统流场优化后,对电池包散热特性进行仿真和实验分析,结果表明,在67.6 kW工况下电池包最高温度为53.2℃,低于目标值55℃。综合分析可以得出结论,优化后的电池包液冷系统各项指标达到目标状态。     

汽车气动阻力系数C_D风洞测量值修正技术研究

根据国外的研究,汽车气动阻力系数C_D值的修正方法主要有阻塞效应、水平浮力效应、尾流压力梯度和喷口压力梯度影响等修正。本文中在国外研究结果的基础上,提出了新的汽车气动阻力系数CD值的综合修正方法,它需要在不同风洞中进行风洞试验验证和CFD虚拟风洞试验验证,并对验证结果进行统计分析。     

基于流体动力学仿真的机油冷却器水道优化设计

针对某柴油机机油冷却器水道阻力较大,影响到发动机工作性能的问题,采用三维计算机流体动力学(CFD)软件对机油冷却器进行流场分析及阻力模拟。根据模拟结果,找到流体阻力大的原因,对模型进行了优化设计。对优化后的模型进行再次模拟,以确定最优方案,并对优化后样品进行阻力测试,以验证仿真结果的准确性,为后续机油冷却器的设计提供数据支持。     

某低风阻电动SUV车轮周边流场特点分析

低风阻结构对纯电动汽车降低能耗、提高续驶里程以及实现“双碳”目标具有重要意义。针对某纯电动SUV的流场进行分析计算,采用雷诺时均模拟方法对比在前保险杠和前轮导流板引流作用下3种常规轮辋与理想气动轮辋的流场特点,并通过风洞测试发现两者的整车Cd(Drag Coefficient,风阻系数)差异小于0.3 counts,不同轮辋条件下整车Cd均为0.249,Cd值低,车轮周边具有良好的流场特性,为低风阻产品开发提供经验借鉴。     

发动机冷却风扇气动噪声优化设计

介绍了汽车发动机冷却风扇性能CFD仿真方法,进行流场模拟并对比实验数据验证仿真可靠性。结合风扇结构参数等因素对原风扇进行优化设计分析,优化后风扇流量和效率略有增加,消耗功率和噪声均有所降低,达到了优化设计目标。     

汽车后视镜区域瞬态流场及气动噪声数值仿真

通过分离涡模拟(DES)进行整车外流场的三维瞬态仿真,得到车身表面压力脉动,并采用FW-H声学模型对气动噪声进行仿真分析。通过与类后视镜气动噪声试验数据相比较,验证了仿真的准确性。对有、无后视镜工况下,后视镜区域瞬态流场、车身表面压力脉动、侧窗监测点声压级进行比较,揭示了后视镜区域气动噪声产生机理,为降低汽车气动噪声提供技术支持。     

重型载货汽车高流量低噪声冷却风扇研究

运用商业软件FLUENT,基于N-S方程和标准k-ε湍流模型的CFD技术,采用SIMPLE算法,对冷却风扇进行了流场仿真计算和气动噪声数值顶估.仿真结果与试验结果吻合较好,验证了流场仿真算法的可靠性.研究不同翼型截面得到了改进风扇模型.计算结果表明,改进方案1的质营流量比原型风扇提高了4.4%～4.8%,噪声降低了2.4～4.6dB(A);改进方案2的质量流量提高了7.8%～9.2%,噪声降低了0.5～1.7 dB(A).     

某SUV后部扰流附件的气动性能研究

基于某SUV车型,通过数值计算和风洞试验研究了14种后扰流板和侧扰流板方案对整车气动性能的影响。结果表明,单独加装任意一种扰流板,其减阻效果均较小,而在后扰流板和侧扰流板的共同作用下,减阻效果最大可达3%,且所有方案在降低阻力的同时,都会使后升力增加。根据计算得到的流场信息和尾迹区结构特性分析了扰流板的减阻机理,并根据试验结果分析了不同方案对于升力的影响规律,为相似车型扰流附件的气动优化提供了参考依据。