车辆外围流场的数值模拟计算

通过阐述研究汽车空气动力学和利用数值模拟方法研究汽车外流场的意义，介绍了目前在流场计算中被广泛使用的ANSYS软件的CFD功能，结合大客车的实例，对如何利用ANSYS软件的CFD功能建模、网格划分和加载边界条件等进行了详尽、深入浅出的讲解，并对结果进行了分析。最后，展望了这一领域的发展前景。     

尾翼对高速汽车气动特性及制动性能的影响

为了提高高速汽车在湿滑、冰雪路面紧急制动时的主动安全性,以MIRA模型为基础,设计了尾翼系统,对加装尾翼的MIRA汽车进行外流场数值模拟,分析了尾翼对高速汽车气动特性及制动性能的影响,并研究了尾翼攻角、纵向水平距离和垂向高度参数的影响规律.结果表明:高速汽车加装尾翼后增加了整车的气动阻力和负升力,有利于提高有效制动力;...     

后扰流板攻角对汽车气动特性影响的模拟研究

为了优化汽车的空气动力学特性．利用计算流体力学软件FLUENT,对某款高级轿车的简化模型进行了3维数值模拟,分析了在2种车速下,未加装后扰流板和加装各种攻角的后扰流板汽车的气动特性,得出了后扰流板攻角对汽车气动特性的影响规律,同时比较了后扰流板不同攻角工况下尾部的外流场,并分析了加装后扰流板后对汽车尾部流场的改善情况。     

边界层网格参数对汽车外流场模拟结果的影响

为了提高汽车外流场数值模拟计算的精度,对边界层网格特征尺寸参数进行优化设计,分析各参数对模拟结果的影响。在MIRA直背车型基础上,选取第一层边界层厚度、边界层总厚度和边界层层数为设计变量进行实验设计,以阻力系数Cd和升力系数Cl为优化目标进行多目标优化,依据响应值Cd和Cl的Pareto图探究各设计变量与响应值的效应影响,最后将风洞试验和优化后数值模拟计算的Cd、Cl及速度流场情况进行对比。结果表明:第一层边界层厚度与边界层总厚度的交互效应对Cd影响最大,边界层层数和边界层总厚度的单因素效应对Cl影响较大;优化后,Cd和Cl的计算误差减小,速度流场显示与PIV实验的一致性亦得到较大改善。     

队列行驶三辆汽车外流场的数值模拟

以智能车辆的MIRA简化模型作为研究对象,在自动控制的前提下,采用移动地面边界条件,对单车和队列行驶状态下的汽车外流场进行了数值模拟研究.分别获得了单车和各种行驶工况下的三辆汽车对称面的压力分布,队列行驶三辆汽车的压力分布与单车的压力分布相似,但是后两车前部的正压区明显减弱.对于等间距和不等间距2种行驶情况,改变车辆之间的距离来模拟多种状态.气动阻力的对比分析说明:队列行驶的三辆汽车,后两车的气动阻力都低于前车的气动阻力,而且平均气动阻力与单车相比均有了一定程度的降低.通过间距的改变分别进行数值模拟,获得了间距对前后行驶三辆汽车气动阻力影响的规律,为以后队列行驶的深入研究奠定了基础.     

队列行驶三辆汽车外流场的数值模拟

以智能车辆的MIRA简化模型作为研究对象,在自动控制的前提下,采用移动地面边界条件,对单车和队列行驶状态下的汽车外流场进行了数值模拟研究.分别获得了单车和各种行驶工况下的三辆汽车对称面的压力分布,队列行驶三辆汽车的压力分布与单车的压力分布相似,但是后两车前部的正压区明显减弱.对于等间距和不等间距2种行驶情况,改变车辆之间的距离来模拟多种状态.气动阻力的对比分析说明:队列行驶的三辆汽车,后两车的气动阻力都低于前车的气动阻力,而且平均气动阻力与单车相比均有了一定程度的降低.通过间距的改变分别进行数值模拟,获得了间距对前后行驶三辆汽车气动阻力影响的规律,为以后队列行驶的深入研究奠定了基础.     

风洞试验地面效应对列车流场结构及气动力的影响

利用风洞试验、CFD方法,开展了风洞试验地面效应对列车流场结构及气动力影响研究.研究发现在头车部分,与静止地面边界条件相比,移动地面边界条件下列车鼻尖点以及轨道两侧的涡旋结构较少.头车流线型部分,静止地面条件下列车周围以及列车与轨道之间的涡量强度较移动地面条件下大,随着涡旋结构向后发展过程中不断衰减,在尾车流线型部分静止地面下列车周围的涡量强度小于移动地面条件.相对于静止地面边界条件,移动地面边界条件下头车阻力系数增大了1.31%,中车阻力系数增大了5.21%,尾车阻力系数增大了5.90%.相对于静止地面边界条件,移动地面边界条件下头车升力系数增大了27.85%,中车升力系数减小了13.80%,尾车升力系数减小了31.11%.     

明线运行列车气动地面效应数值模拟

通过数值仿真方法研究了滑移地面以及旋转轮对对明线运行列车气动性能的影响。首先,建立了三车编组列车计算模型,考虑固定和滑移两种不同的地面边界条件、固定和滑移两种不同的路基边界条件、静止和旋转两种不同的轮对边界条件;其次,基于风洞试验数据验证了数值仿真的可靠性,表明了剪切应力运输湍流模型和网格划分的可行性和有效性;最后,对比四种不同组合下的明线运行列车气动性能。研究结果表明:固定地面将得到偏低的列车气动阻力系数,约减少4.27%;滑移路基使得尾车气动阻力系数和整车阻力增加约1.87%,引起这一差异主要原因在于地面和路基的表面附面层厚度差异;静止轮对和旋转轮对对列车气动阻力和升力系数都小于1.0%,因此,列车气动风洞试验可以忽略轮对旋转的影响,考虑地面边界和路基边界的影响。     

车身外流场数值模拟

对某轿车车身的外流场进行了数值模拟,并分析了后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.采用Hypermesh得到高质量的流场计算网格,运用Fluent求解计算,得到流场的CFD分析数据.利用HyperMorph实现车身网格的变形,在此基础上分析后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.结果表明,小斜背的阻力系数较小;不是所有斜背汽...     

y+值对MIRA模型气动参数计算精度的影响

为研究量纲为1的参数y+值对车辆气动参数计算精度的影响, 以阶梯背MIRA模型为基础, 在保证模型网格数量与质量相近的情况下调整近壁网格尺寸, 构建不同y+值的流场仿真模型; 考虑到不同的湍流模型对车辆外流场仿真的y+值具有不同的适用范围, 选取SST κ-ω和LES两种常用的湍流模型对阶梯背MIRA模型外流场进行稳态和非稳态仿真分析; 将气动参数仿真结果与试验结果进行对比分析, 得出合适的y+值取值范围; 结合仿真速度云图和车身表面受力曲线分析了边界层首层网格厚度对仿真精度的影响; 建立了方背MIRA模型在2种湍流模型下的外流场仿真模型, 进行不同流速下气动参数的计算, 从而对y+值取值范围进行验证。研究结果表明: 针对车辆外流场数值仿真, 采用SST κ-ω模型时对应的合适平均y+值取值范围为20~50, 而采用LES模型时对应的合适平均y+值取值范围为5~10;当边界层首层近壁网格厚度过大时, 数值仿真无法准确捕捉边界层中速度梯度的变化, 造成边界层流场流动信息丢失, 而当边界层首层近壁网格厚度过小时, 边界层网格会严重畸变, 2种情况下气动参数计算误差都超过5%, 从而影响车辆外流场数值仿真精度; 根据所获得的y+值取值范围, 方背MIRA模型计算的气动参数误差小于5%, 说明了2种湍流模型平均y+值取值范围的正确性。      

正方形截面气动外型优化仿真计算

运用计算流体力学软件FLUENT,引入雷诺应力模型求解不可压粘性流体Navier-Stokes方程,对正方形及其不同切角截面进行仿真计算．研究了正方形,切角正方形,圆角正方形三种截面的阻力,升力,俯仰力矩,Strouhal数及尾流的流动状态．仿真计算结果表明几何形状的微小变化会引起气动力系数发生很大的变化,尤其是在物体形状的变化强烈的影响到压力分布的时候,其中圆角正方形截面的气动性能最好．仿真计算结果与风洞实验结果吻合良好．     

基于CFD技术的FSC赛车车身气动造型设计

赛车车身气动造型设计是赛车技术走向更高水平的重要标志,本文按照FSC赛车设计规则,对赛车车身进行了概念设计和结构设计,并利用CFD技术建立了车身外流场分析模型,通过数值模拟方法对各种车身造型方案进行了对比优化分析,确定了车身空气动力学装置在不同比赛项目时的调教策略。结果表明最优设计方案符合气动原理,气动装置能够在不同比赛项目中达到不同的气动效果,提高了操纵稳定性。     

高速车辆气流噪声计算方法

随着发动机、传动系和轮胎等其它噪声的降低以及车速的不断提高 ,高速车辆气流噪声变得越来越突出 ,因此研究和降低气流噪声已成为控制高速车辆噪声的关键之一。通过求解广义Lighthill方程 ,得到了适合车辆行驶工况的气流噪声积分计算公式。根据车辆的实际工况 ,对气流噪声计算公式进行了分析 ,明确了在车辆气流噪声中偶极子源噪声占主导地位 ,表面脉动压力是车辆气流噪声的主要声源。在此基础上 ,对车辆气流噪声某些特性进行了讨论和试验     

横向位置对桥上挂车气动特性的影响

在行驶过程中的汽车稳定性、安全性和舒适性会受到侧风的严重影响,因此,侧风稳定性成为汽车空气动力特性的一个重要组成部分。文章以挂车车身为研究对象,采用CFD数值模拟对侧风作用下的汽车气动特性进行了研究,考虑风速、车辆位置以及车辆所受的合成风偏角对汽车气动特性的影响,计算挂车发生侧倾、侧滑的临界风速。结果表明,挂车位于横向不同位置时,在侧风的作用下其气动特性会发生改变,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆的位置以及车辆所受合成风偏角的影响。     

Investigation on drag reduction of trucks

A study of the mechanism of fences was given to reduce drag by means of theoretical analysis, numerical simulation and experimental research. A 3D mathematical model has been developed based on computational fluid dynamics software Phoenics that was capable of handling steady state, 3D flow to simulate the flow field around the truck. The experiment made in a low speed wind tunnel is used as references for validation. By analyzing the results of calculation and experiment, the flowing mechanism of the flow field around the container truck and the drag-reducing mechanism of #-shaped fences on the truck are unveiled, which provides theoretical guidance to the aerodynamic formation designing and amelioration.     

不同对称翼型H型风力机气动性能数值模拟研究

风轮是风力发电机利用风能的核心部件,而翼型作为风轮的关键零件,其结构参数的选择的不同会对风力机性能造成极大的影响。本文选取3种常用的H型垂直轴风力机NACA系列对称翼型的绕流流动,建立其湍流流场的模型,采用移动网格技术对其进行数值分析与计算,得出风轮的力矩系数、功率及风能利用率的变化规律,在此基础上,详细分析了不同的对称翼型对垂直轴风力机风轮气动性能的影响。根据其气动性能曲线,拟合出给定工况下,风能利用率随尖速比的变化公式,更好的实现定量分析。     

主动来流模拟技术试验研究

随着现代大跨度桥梁不断向长大化方向发展,风荷载作用越来越突出,风洞试验作为研究的最重要手段需要精细化,以准确模拟自然风特性。本文在充分调研基础上,进行主动来流模拟技术研究,基于主动控制风洞,制作主动振动机翼,调整不同来流的能量分配,实现了多点来流风速与气动力分量等试验数据实时同步采集,提出空间同步转换法,解决了试验模型处流场真实状况准确测试问题,充分模拟多项气动力,为更加精细化分析提供有效的方法和手段。利用主来流模拟技术,通过数值分析,从理论上对窄带谱、宽带谱来流的空间相关性进行研究,分析解释了部分典型气动力现象,得到有意义结论,为深入研究提供参考资料。