汽车空调风道气动噪声仿真方法研究EI北大核心CSCD

为寻求汽车空调风道气动噪声一种高效高精度的仿真方法,基于德国整车企业联合发布的标准风道模型,对比研究了声类比法、直接模拟法和联合仿真分析法的优劣,并重点分析了声源面对声类比法精度的影响。首先,采用RNG湍流模型与SST k-ωDES模型分别对其稳态流场与瞬态流场进行求解,然后采用声类比法、直接模拟法和联合仿真法分别求解远场辐射噪声问题,仿真与试验结果表明:RNG湍流模型捕捉的风道内时均流场特征与PIV测量结果基本吻合; SST k-ωDES模型求解的风道内壁面脉动压力频谱仿真值与试验值基本一致;而在常用的几种仿真方法中,以出风口处环绕射流的可穿透面为声源面的声类比法求解精度最优。     

RNG κ-ε与SST κ-ω模型在汽车外流场计算中的比较

RANS法中的RNGκ-ε与SSTκ-ω湍流模型是汽车外部复杂流场数值模拟中两种常用的涡粘模型。通过计算不同尾部倾角的Ahmed钝体模型，得到RNGκ-ε与SSTκ-ω湍流模型在不同尾部倾角下的数值模拟结果。结果表明，SSTκ-ω湍流模型在计算时间、湍流模拟上都优于RNGκ-ε湍流模型，更适合汽车外部复杂流场的计算。     

不同RANS/LES混合模型的汽车气动噪声分析

采用Fluent UDF构造Realizable k-ε/LES、SST k-ε/LES和Spalart-Allmaras/LES 3种RANS/LES混合模型,并对汽车的气动噪声进行数值模拟。在近壁面采用RANS湍流模型求解,而远离物面的分离区域内的大尺度运动则用LES求解,将3种混合模型的计算结果与全LES湍流模型和风洞试验结果进行了比较。结果表明,3种混合模型对气动噪声的计算精度高于LES湍流模型;Realizable k-ε/LES和SST k-ε/LES混合模型数值模拟结果与试验值的相对误差均小于5%,而其中Realizable k-ε/LES混合模型更为准确和高效,消耗的计算资源更少。     

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OpenFOAM的矩形断面涡激振动数值模拟

针对结构涡激振动数值模拟问题,以开源流体动力学计算软件OpenFOAM 3.0为平台建立结构涡激振动数值模拟方法,即将结构涡激振动问题简化为单自由度振子模型,采用Newmark-β法进行结构振动方程求解,应用OpenFOAM动网格求解器进行动网格计算与更新。以宽高比为5的矩形断面为例,首先采用3种不同的雷诺平均(RANS)湍流模型(即SST k-ω,k-ε和k-ω模型)进行风攻角为a=0°,2°,4°,6°时静止绕流计算,以检验不同湍流模型的计算精度;然后对矩形断面在0°风攻角下竖向涡振响应进行了数值模拟,并与已有文献和试验结果进行比较。研究表明:3种湍流模型的计算结果总体较为接近,且与试验结果较为吻合,其中SST k-ω湍流模型的计算结果与试验结果吻合相对最好;对于升力系数和升力矩系数,3种湍流模型的计算结果都与试验结果存在一定的差异;总体而言采用OpenFOAM的SST k-ω湍流模型所得静止矩形断面绕流计算结果与试验结果吻合较好。矩形断面涡激振动响应数值模拟结果与试验结果相比锁定风速区间有一定前移,且最大涡振振幅较试验结果略偏大。     

某模型车侧窗表面非定常压力场的数值模拟与风洞试验研究

采用风洞试验方法和数值模拟的方法研究模型车的表面压力分布,稳态数值模拟阶段采用两种近壁面网格方案配合选用两种湍流模型:1)直接求解近壁区域的k-ω SST湍流模型;2)壁面函数求解近壁区域与k-ε Realizable湍流模型结合方法。根据与风洞试验的结果对比,比较上述两种方案的计算流体力学(CFD)模拟精度,并且在瞬态模拟阶段验证子域赋值法计算精度,为后续获取该模型外部后视镜气动噪声提供基础。     

汽车外部复杂流场计算的湍流模型比较

采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、R k-ε模型和雷诺应力模型对汽车外部复杂旋涡绕流进行了数值模拟。结果表明，RNG k-ε模型考虑了湍流中涡流因素影响和低雷诺数效应，可有效模拟汽车尾部和底部复杂旋涡流动结构，计算精度较高，且计算量小，是五种模型中较适于汽车外部复杂流场数值仿真计算的湍流模型。     

Numerical Simulation of External Flow Field Around Low Drag Car and Its Error Analysis

通过模拟结果与试验数据的对比,考察网格和湍流模型对计算精度的影响.结果表明,对不同的湍流模型,须将y+值、边界层网格总厚度和宽高比控制在相应的范围内以获得更高的计算精度;在一定范围内计算误差会随着湍流区域网格的细化而减小;低雷诺数总括壁面函数和SST k-ω湍流模型相结合能获得比采用Standard K-ε模型更精确的计算结果.     

汽车后视镜气动噪声仿真与实验研究

根据计算进气格栅开、闭两种状态的整车模型的空气动力学性能参数对比风洞实验结果,确定了原设计的整体流动仿真的精度;而基于该模型运用DES法计算的侧窗表面测点的声压级与实验结果对比,确定了2mm网格气动噪声仿真的精度。对新方案和原设计运用Q准则的流态显示,表明新方案后视镜尾流区的流动状态得到改善;侧窗表面的湍流压力脉动的对比表明,后视镜外形的改动对湍流压力脉动影响很小;而通过Lighthill声类比法获得的声压脉动却有显著差异,新方案在2 000～8 000Hz范围内的声压脉动明显减小。Beamforming测试的声源分布和改进效果,与CFD计算预测一致,且与车内的声压级测试有很好的相关性。以上研究表明:Q准则的流态显示可用于气动噪声的定性评估;声压脉动是后视镜气动噪声仿真最主要的评价依据,不可忽略。     

基于仿生的A柱-后视镜区域气动降噪研究

在某SUV车型的A柱-后视镜区域建立了6种仿生模型,稳态计算采用SST k-ω湍流模型,瞬态计算采用大涡模拟(LES),探讨了流场和声场的气动特性。仿真与风洞实验结果对比表明,仿真的监测点压力系数与实验数据基本吻合,1/3倍频程声压级曲线也比较一致。仿真结果表明,6种仿生模型都起到了降低噪声的作用,尤其在人耳敏感的中高频域降噪效果更为明显。其中,仿生模型1(A柱凸起结构)与原模型相比,降低了涡流强度,对流线具有梳理作用。总声压级的分析表明,仿生凸起模型局部降噪效果明显,仿生凹坑模型降噪效果均匀。     

汽车空调吹脚模式地板振动分析与控制

为减少汽车空调吹风管道振动引起的舒适性问题,文章以某车型HVAC吹脚模式地板振动问题为例,提出一种HVAC吹脚风道的分析与控制方法。利用三维不可压缩流体的k-ε湍流模型,建立吹脚风道的数学模型进行CFD模拟流场分析,根据分析结果优化风道的流场分布,采用手工方式,将吹脚风道进风口挡板填平,改善气流走向,并从CFD和试验两方面对改进方案进行验证。结果表明：湍流是引起吹脚模式地板振动的主要原因,该方法验证了分析和控制方法的准确性。     

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底盘空气动力性能优化研究

汽车底盘空气动力性能优化对降低整车空气阻力和升力有重要影响,针对底盘区域进行空气动力性能优化设计是提升整车动力经济性的重要途径。针对某款运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle,SUV）开展整车外流场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真分析,对比了Realizable k-ε和SST k-ω两种湍流模型仿真精度,选用Realizable k-ε湍流模型进行底盘空气动力学方案设计。结合该SUV底盘特征及仿真流场分析结果,在尽可能降低整车成本的前提下,设计前保险杠下部阻风板、前轮挡板斜梯、副车架后部导流板、底盘中部护板以及尾部消音器造型优化共5种空气动力学方案,并进行了实车风洞试验验证。结果表明,5种方案对整车空气阻力性能提升均有不同程度的贡献,其中尾部消音器造型优化减阻效果明显,实车空气阻力系数降低2.99%;综合采用5种底盘空气动力学方案后空气阻力系数共降低5.16%,升力系数降低21.00%,有效实现节能降阻,并有助于提高整车行驶稳定性。     

汽车空调风道流场分析与结构改进

针对某汽车车内热-流场分布不合理而影响乘员热舒适性的问题,通过激光扫描和逆向工程建立原空调风道的几何模型,在建立合理的流体力学网格模型的基础上,采用Realizable k-ε两方程湍流模型和"壁面函数法"对风道内的流动进行流体力学稳态仿真计算,分析了原风道各出风口流量分配不合理的原因,并对原结构进行了优化设计和改进,使各出风口的流量满足设计要求,从而保障乘员的热舒适性,为汽车空调风道设计和优化改进提供依据。     

轿车外流场CFD分析中常用k-ε湍流模型的对比

首先介绍了在CFD分析中常用的3种k-ε湍流模型及其适用性。然后针对某轿车的外流场分别用这3种k-ε湍流模型进行数值模拟,并与试验值进行了比较。结果表明,Realizablek-ε湍流模型具有较好的收敛性和精确性。     

汽车气动噪声外辐射声场的数值仿真

从Lighthill声类比理论出发,将流体动力学技术与边界元法结合起来,在某轿车边界元模型中,导入流场边界脉动压力数据,并经转换和计算获得汽车表面附近的气动偶极子声源边界条件;采用直接边界元算法进行汽车气动噪声外辐射声场的数值仿真.结果表明:轿车表面的偶极子声源强度随频率增大而降低;在120km/h车速和2000Hz频率时后视镜附近声场的气动噪声声压级可达78dB左右;在同一频率下,轿车在纵向对称面上的气动声源辐射强度要大于地平面上的气动声源辐射强度.     

轿车座舱内流场的数值模拟研究

应用RNG k-ε湍流模型,对某款轿车座舱内空气三维流场和温度场进行了数值模拟.分析了给风速度大小、方向和温度以及给、回风口位置对座舱内的气流场和温度场的影响.     

某微型电动汽车增程器隔声罩通风散热结构设计

针对微型电动汽车增程器运行噪声过大的问题,设计了一款隔声罩并建立增程器隔声罩CFD模型,同时采用Realizable k-ε湍流模型,对隔声罩内的流场和温度场进行仿真分析,考察隔声罩结构的合理性以及优缺点,可为优化隔声罩结构设计提供技术支持。     

乘用车暖通空调风道气动噪声模拟研究

采用大涡模拟模型(LES)计算了某汽车暖通空调风道的瞬态流场,然后应用L ighth ill-Curle声学理论,采用FW-H声学模型,预测了其噪声特性。与试验结果对比表明,用CFD方法预测暖通空调系统管道气动噪声有一定精度,分析结果可用于改进空调系统的气动噪声性能。     

SST湍流模型在汽车绕流仿真中的应用

采用基于k-w模型的SST(剪切应力输运)湍流模型，综合了k-w和k-ε湍流模型在边界层内外计算的优点，在数值试验和实际应用中表现出其准确及时预测分离的特性。计算结果与汽车模型在小型风洞中的试验结果比较吻合。尤其是关于湍流现象的模拟更是与现实物理情况一致。