基于CFD的车身外流场数值模拟研究

计算流体动力学（CFD）技术应用到汽车外流场数值模拟计算中,克服了风洞试验的局限性,但存在着模拟方法不规范、精度较低、评价指标与维度也不明确等问题。文章面向车身外流场数值模拟的全环节,针对某车型汽车初步造型面（CAS）外流场模拟技术进行了梳理与分析,首先通过前处理软件对外CAS进行几何清理,搭建外CAS仿真模型,然后基于有限元软件STAR-CCM+进行汽车外流场CFD数值模拟技术,最后根据有限元仿真分析方法,得出汽车外CAS三维速度场、压力场和流线图,从而实现对车身周围流场分布、主要分离区域及空气阻力系数的计算与分析。文中的模拟分析与评价方法对整车开发前期提供了一定的参考作用、指导意义及价值。     

汽车轮辋设计空气动力学分析与研究

轮辋是汽车的高速旋转部件，在实际行驶过程中对汽车空气动力学性能有显著影响。但是目前的试验与仿真在轮辋研究中均有一定的不足。对比不同形式的汽车轮辋及其在不同轮胎轮辋速度边界条件设置下的计算结果，对轮辋的仿真及研究具有一定的参考意义。针对不同的轮辋内外侧开口面积、轮辋形面、样式及不同开口数量等多种轮辋造型分别进行了仿真分析，并使用轮胎不旋转、轮胎设置切线速度及旋转坐标系模型（Moving Reference Frame，MRF）（旋转坐标系）等3 种边界条件进行对比分析，对空气动力学轮辋设计进行了讨论和总结。     

比亚迪汉空气动力学开发

汉是比亚迪基于全新纯电动车平台开发的一款车型，为增加续驶里程对整车的风阻系数提出了极高的要求。全新的造型设计风格对风阻开发带来很大挑战，为实现风阻目标搭建了一套适用的空气动力学开发流程，并以 CFD仿真为主要开发工具，分别完成外造型、前舱、车底部、主动进气格栅和低风阻轮辋等附件的空气动力学开发，最后通过实车风洞试验进行验收。对该车型的风洞试验仿真对标发现，采用分离涡模拟（Detached Eddy Simulation，DES）湍流模型可以获得较高的风阻仿真精度。     

车用天然气发动机增压匹配及性能参数优化

运用GEM3D工具离散化的方法建立了某1.5 L自然吸气车用CNG(压缩天然气)发动机GT-Power仿真模型,并用试验数据对模型进行校核,模型最大误差为3.64%.在此基础上进行了CNG发动机增压器匹配分析,用DoE(design of experiment)工具对增压发动机的点火提前角进行了优化,然后优化了不同压缩比和不同过量空气系数下的点火提前角,对压缩比和过量空气系数进行了计算分析.结果表明:仿真模型具有较高精度,方案2为4种涡轮增压器方案中最佳方案,并对该方案进行了台架试验,仿真结果与试验结果误差在4%以内;通过优化点火提前角,扭矩最大提高了9.3%;在各最优点火提前角下,压缩比为12时最优,过量空气系数为1.1时具有最佳经济性.     

践行绿色出行——一汽丰田bZ3交车仪式天津站圆满举行

<正>4月29日，以“丰行相伴新动未来”为主题的一汽丰田北区百辆bZ3交车仪式暨上市发布会活动在天津梅江国际会展中心隆重举行。在经历了4月16日上海正式上市和4月22日全国经销商集中店头发布后，一汽丰田北区迎来了bZ3正式上市，同时也完成了首批300辆bZ3出行PRO版交车仪式。这也是继济南、深圳交车仪式之后，一汽丰田bZ3再度交车。此次交付也标志着bZ3将正式服务于天津出行市场，为广大用户带来更优质的纯电出行体验。     

基于改进扩展卡尔曼滤波算法的SOC估算

在电动车、储能系统和移动设备等领域中,电池管理系统是保障电池组性能和安全性的关键技术之一,而电池荷电状态（SOC）估算是其重要的组成部分。文章重点针对18650型号的磷酸铁锂电池（单体电池）SOC估算展开研究和设计,首先选择双阶远程控制（RC）模型作为电池模型,通过电池容量标定实验、开路电压（OCV）-SOC标定实验、混合功率脉冲特性（HPPC）实验确定了双阶RC模型的各个动态参数,在MATLAB/Simulink中搭建动力电池仿真模型,验证了所选模型的可靠性。然后,为了解决单体电池SOC估算精度和成本等问题,以扩展卡尔曼滤波（EKF）算法为基础提出了一种改进方法,即在预测第k个时间步的误差协方差矩阵时,引入了时变渐消因子,在更新方差Q和R时引入自适应分子。最后,通过不同循环工况对提出的算法进行仿真分析,结果显示,提出的算法提升了SOC估算的精度,实用性强。     

电动燃油泵振动噪声的分析与控制

为了对汽车燃油泵的振动噪声进行分析与控制,文章结合噪声、振动与声振粗糙度（NVH）实验与仿真模拟分析,通过NVH实验（Artemis/LMS）调查引起车内噪声振动的机理,利用仿真模拟（AltairOptiStruct）分析搭载燃油泵的车身结构动态特性,仿真关键路径精细分析车身工作变形模态（ODS）与节点贡献量（GPA）,为燃油泵振动噪声的优化提出可行性方案。NVH实验与仿真模拟分析结果表明：1）车辆怠速鼓噪声@100Hz与拍频噪声机理：燃油泵工作频率与整车怠速发动机八阶频率耦合发声;2）车辆常用电动燃油泵转子动平衡控制方法不完善,导致动平衡精度缺失,常引起燃油泵工频及谐频振动;3）通过试验与仿真结合快速定位车身薄弱位置,优化车身振动传递灵敏度3 dB,改善整车怠速燃油泵鼓噪声5dB(A)。文章详述NVH实验与仿真模拟结合分析方法,提出了抑制汽车燃油泵振动噪声的有效方案,提高车辆驾乘舒适性,研究结果为汽车电动燃油泵振动噪声控制提供了技术支撑。     

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。     

汽车安全碰撞仿真的材料断裂卡片对比研究

为研究不同硬化和断裂模型对汽车材料仿真精度的影响，设计并进行了DP590板材在多种应力状态下的材料级别力学试验。根据试验结果标定了路德维克（Ludwik）、斯威夫特（Swift）、沃斯（Voce）、霍克特-谢尔比（H-S）、斯威夫特-霍克特谢尔比（S-HS）5种硬化模型和修正摩尔库仑（MMC）、损伤起始和演化模型（DIEM）、约翰逊-库克（J-C）3种断裂模型。使用上述模型进行了试样级仿真和防撞梁落锤试验及仿真。对比结果表明，S-HS硬化模型和MMC断裂模型对于材料的变形行为和断裂行为的预测结果最精确。结合其他研究成果，推荐使用S-HS硬化模型结合MMC断裂模型预测高强钢板材塑性变形和断裂行为。     

基于IPSO-LSSVM的污水BOD预测应用研究

生化需氧量（BOD）的快速准确测量对于污水处理过程的调控至关重要。针对污水处理过程中BOD浓度测量时效性较低等问题，选择最小二乘支持向量机（LSSVM）作为BOD浓度预测模型，并选用粒子群优化算法（PSO）优化回归性能参数，同时使用自适应惯性权重计算方法对PSO进行改进，建立了IPSO-LSSVM预测模型。运用预测模型对某污水厂数据进行仿真研究以及3种误差分析，结果表明该模型具有较好的预测精度。     

水平隧道火灾通风纵向控制风速的合理确定

针对2种等宽度、不等高度的水平隧道模型,借助CFD技术分析了环境温度、火灾热释放强度、断面形状对临界风速的影响。选择断面水力高度为特征尺寸,获得2种隧道模型对应的量纲一的临界风速随热释放强度的变化关系,且其与缩尺模型试验及全尺度试验结果相比均具有较好的一致性;并基于CFD模拟结果,分析了Kennedy公式的不足。结果表明,大型隧道火灾通风纵向控制风速的确定过程中应避免使用Kennedy公式计算临界风速。     

Aerodynamic coastdown analysis of a passenger car for various configurations

Experimental coastdown analysis were performed on a full scale passenger car model FIAT Linea to obtain the drag coefficients for three different test configurations as engine-cooling airflow closed with smooth underbody, enginecooling airflow closed with detailed underbody, and engine-cooling airflow open with detailed underbody. The comparison of the drag coefficients for all three coastdown configurations were in good agreement with the CFD results and FIAT wind tunnel results. The coastdown tests predicted the model drag coefficients 5.3 % to 7.8 % less than FIAT wind tunnel drag coefficients for three test configurations. The contribution of the engine-cooling airflow and the detailed underbody configuration on the total drag coefficient were measured as 9.6 % ~ 10.4 % and 14.6 % ~ 16.7 %, respectively in the coastdown, FIAT wind tunnel tests and CFD analysis. In the CFD analysis,steady RANS equations were solved by STAR-CCM+ code. The turbulence model was selected as realizable k-ε two layer model. Model surface pressure contours were compared for all three test.     

大跨度悬索桥中央开槽箱梁断面的颤振性能

以建成后将成为世界最大跨径的钢箱梁悬索桥——西堠门大桥为例，通过节段模型风洞试验、CFD数值模拟和理论计算对中央开槽箱梁断面的颤振稳定性能进行研究，分析了开槽宽度和箱梁内外侧局部气动外形的改变对中央开槽箱梁断面颤振稳定性能的影响。研究结果表明：开槽宽度对中央开槽箱梁断面的颤振稳定性能影响显著；箱梁内外侧局部气动外形的改变也会对结构颤振性能产生一定的影响，而且影响规律更为复杂。     

轿车外流场的二维数值模拟

本文采用计算流体动力不方法数值求解Ｎ－Ｓ方程，模拟了轿车外流场，计算结果与风洞试验结果基本一致。     

汽车外流空气动力模拟

本文求解雷诺平均三维不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，模拟轿车外流场，发展了方便快捷的前后处理技术。计算了东风ＡＦ微型计算结果与风洞试验结果很好地相符，开发的ＣＦＤ软件可成为理解和优化轿车外流的有效工具。     

流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施

以某主跨390 m的独塔流线型钢箱梁斜拉桥为工程依托，采用风洞试验与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）相结合的方法对流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施进行研究。首先，采用几何缩尺比为1∶30的主梁节段模型进行主梁涡振性能与气动控制措施优化研究；其次，采用CFD方法对主梁涡振响应进行流固耦合计算，将Newmark-β算法嵌入ANSYS Fluent用户自定义函数（User Defined Functions，UDFs）实现主梁结构振动响应求解，同时结合动网格技术实现主梁断面流固耦合分析；并根据判断条件来检索箱梁壁面上的网格单元，以获得主梁断面振动过程中的表面压力，然后结合主梁结构振动响应、表面压力以及流场特征等对主梁涡激振动机理进行分析。结果表明：该桥主梁原设计方案存在涡激共振现象，将梁底检修车轨道内移120 cm可有效抑制主梁涡振响应；主梁涡激振动响应的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好；检修车轨道内移120 cm后主要改变了箱梁下表面平均压力系数分布特性，且箱梁表面各测点脉动压力卓越频率不一致，有效减小了主梁涡激振动响应；流线型箱梁靠近迎风侧的“被动区域”对结构涡振响应贡献较小，背风侧“驱动区域”发生周期性旋涡脱落是影响流线型箱梁涡振的主要因素。     

公路隧道火灾烟气特性数值模拟分析

本文针对典型的隧道类型,基于计算流体动力学模型,通过数值模拟试验和理论分析,对隧道火灾的发生、发展状况以及烟气的扩散和运动规律进行了研究,分析了不同风速和火灾规模状况下的烟气层的运动状态,空间温度场的分布和变化规律以及火灾对人员疏散安全的影响等问题。同时,研究了风速、火源功率以及截面形状等关键参数对火灾烟气及温度变化的影响。研究表明,纵向通风速度对沿隧道长度方向的烟气层高度的分布有着很大的影响,圆形截面可以储存更多的烟气并能有效降低隧道底层的温度。该结论可为我国公路隧道防火措施的制定提供有益的参考。     

带竖井长大公路隧道火灾通风的CFD分析

针对带竖井的长大公路隧道,建立了隧道火灾物理、数学模型,并运用CFD的方法进行数值求解,用连续方程、动量方程、能量方程及气体组分方程描述其气流流动状态。并采用受浮力影响的湍流模型方程,选取秦岭终南山特长公路隧道作为计算模型,分析了不同通风风速下,隧道与竖井内的速度场和温度场,从而较全面地了解隧道和竖井内的火灾特性和烟气发展规律。分析表明3 m/s的通风风速对于防止出现回流,缩小火灾影响范围是比较理想的。     

国产新型轿车空气动力特性的三维仿真计算

本文应用计算流体动力学（ＣＦＤ）方法处理汽车的三维绕流问题，采用有限体积法求解三维定常不可压Ｎ－Ｓ方程，给出了某国产新型轿车的计算结果，得到了其三维速度场、压力场和六分量气动力，并与实车风洞试验结果进行了对比，结果吻合较好。