高速车辆气流噪声的试验研究

在分析了车辆气流噪声与表面脉动压力关系的基础上，在风洞中对车辆表面脉动压力的分布、频率特性及速度特性进行了试验研究。结果表明：由于气流在A立柱后产生分离并形成螺旋向上的纵向涡，使得在前侧窗附近的表面脉动压力明显地高于其他区域，成为主要的噪声源区之一；车辆表面脉动压力的能量与气流速度的4次方成正比；车辆表面脉动压力的幅值在低频率时较大，并随频率的增大而减小。比较了不同形状的A立柱对侧窗表面脉动压力的影响，对降低汽车气流噪声作了初步探讨，发现A立柱形状与脉动压力的特性关系不大，但对脉动压力的大小影响较大。     

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。     

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SST-DDES方法的汽车外气动噪声模拟与风洞试验对标分析

随着新能源汽车行业的迅猛发展,行驶过程中发动机噪声的贡献消失,气动噪声成为了最容易引起顾客抱怨的问题。相关研究表明,通过侧窗玻璃表面脉动压力产生的湍流脉动和声场是汽车在高速行驶时的主要噪声源。基于开源软件OpenFOAM,采用SST- DDES湍流模型,分别对两款不同车型的前后侧窗玻璃24个点的表面脉动压力进行了数值模拟计算,并与风洞试验测试相结合进行验证。结果表明,仿真结果与试验结果基本吻合,证明了该方法可以有效捕捉侧窗玻璃的表面脉动压力结果,为后续的车内噪声计算打下基础,同时也有效缩短了开发周期,并降低了后期实车风洞试验的测试成本。     

高速车辆表面脉动压力特性的研究

研究表明，偶极子源噪声在车辆气流噪声中占主导地位，而车辆气流噪声中的偶极子源噪声又取决于车辆的表面脉动压力，所以研究车辆表面脉动压力对进一步研究和控制车辆气流噪声具有重要的重义。本文在阐述了车辆气流噪声与表面脉动压力关系的基础上，对车辆表面脉动压力的分布、频率特性及其与车速的关系进行了试验研究，得到了一些有意义的结论。     

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。     

气体湍流压力与声压脉动的试验分离方法

研究气体作用于固体表面湍流压力脉动与声压脉动的试验分离技术。论述气体中两种压力脉动的区别,包括产生机理、传播速度和穿透效率等。结合较为常用的电容式膜片表面声压测量和较新的湍流滤网,在同一测点上分别使用以上两种测试技术进行测量,形成一种用于分离两种不同压力脉动的测试方法。通过一组针对两种压力脉动的声学风洞试验,实测两种测试技术在频域上的差别,结果证明用该测试方法能较为有效地分离两种压力脉动。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提,为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象,设计并制作了1∶32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型,通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布,分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响,并进一步分析汽车表面的风压值分布,以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明:前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响,但对汽车的力矩系数影响较小,且汽车的力矩系数具有一定的离散性;车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响,且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响;受桥梁π型主梁断面的影响,汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

横风下π型断面大跨桥上汽车气动特性风洞试验（双语出版）

准确获得车-桥系统气动力是评估强风作用下桥上车辆运行安全性和舒适性的基本前提，为此必须考虑车辆与桥梁间存在的显著气动相互干扰。以山区大跨桥梁常见的π型断面主梁和集装箱货车为研究对象，设计并制作了1：32几何缩尺比的桥梁和车辆刚性测压模型，通过风洞试验测试了典型车-桥组合工况下车辆表面的风压分布，分析了前、后车辆干扰作用、车辆横向距离和车道组合方式等对桥上汽车气动特性的影响，并进一步分析汽车表面的风压值分布，以探究汽车气动力系数变化的机理。研究结果表明：前、后车辆间的干扰、车辆横向距离的改变对汽车的侧向力系数、阻力系数和升力系数均有较大影响，但对汽车的力矩系数影响较小，且汽车的力矩系数具有一定的离散性；车道组合方式中测试车辆位置的改变对汽车气动特性的影响大于干扰车辆位置的改变对汽车气动特性的影响，且车辆组合方式的改变对汽车的力矩系数基本没有影响；受桥梁π型主梁断面的影响，汽车侧向力系数的变化趋势与Coleman规律下的变化趋势不同。     

某产品轿车侧窗风噪的数值分析

对某轿车的侧窗风噪进行数值分析,数值结果是通过使用商用软件PowerFLOW获取的.该软件数值分析的关键是其数值方式基于著名的格子布尔兹曼法(LBM),并结合了RNG湍流模型.这种方式能精确捕捉复杂模型的高雷诺数流动的基于时间的气动特性,包括气动噪声,频谱分析在仿真数据上进行.该仿真阐述了该数值方法预测由复杂流动现象引起的湍流波动的能力,介绍了先进的视觉和分析系统,用于获取近壁流场的瞬时现象.这些技术有助于识别车辆表面压力脉动产生的噪声以及在不同的流动工况下对噪声进行比较.     

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。     

侧向风作用下车辆荷载突变效应的CFD模拟研究

为研究车辆在突变风荷载作用下的气动特性,以大客车为研究对象,采用计算流体力学CFD(computational Fluid Dynamics)数值模拟方法,对侧向风作用下车辆风荷载突变过程中车辆的气动力特性进行了研究。采用动网格技术实现了对车辆行驶出隧道及通过桥塔区域时车辆风荷载的突变过程的动态模拟,分析了车体表面压力分布及气动力系数变化规律,讨论了车速、风速、车辆所处车道位置对车辆气动力系数变化的影响。研究结果表明:车辆行驶出隧道及车辆穿过桥塔区域时隧道及桥塔遮风效应的影响区域变长,车辆的三分力系数均有较大的突变。车辆所受风荷载突变使车辆的安全稳定系数发生较大突变,对车辆的行车安全和舒适性带来较不利的影响。     

不同雷诺数下车辆队列尾车发动机舱盖气动特性研究

数值仿真与模型风洞试验相结合研究了典型工况下两车队列中尾车发动机舱盖气动特性和两车间隔区域的流场,对比了缩比模型和实车模型对应雷诺数下车辆队列的流动形态。缩比模型仿真结果与风洞试验结果一致表明采用数值方法的可行。对比不同雷诺数下车辆队列气动特性发现,缩比模型与实车模型发动机舱盖表面平均静压分布基本相同,但在纵向对称面上,实车模型的前车尾迹比缩比模型更加上扬,底部区域气流速度更高。非定常条件下,实车模型前车尾涡相对尺度明显小于缩比模型,且扩散得更充分,尾迹区涡的分布状态更加混沌,发动机舱盖表面脉动能量的分布更加混乱。涡在两车间隔区域的运动并非简单的移动,而是一个由涡破裂、涡配对和涡融合构成的复杂过程。     

气动措施抑制钝体箱梁竖向涡振的风洞试验研究

为研究钝体箱梁发生竖向涡振的内在特性及气动措施抑振的规律,采用风洞试验同步测量箱梁模型的振动位移和表面压力。基于模型各测点的压力时程,综合对比分析压力系数均值与均方差值、局部气动力对总体气动力的相关性与贡献程度。结果显示:钝体箱梁断面发生竖向涡振的根本原因是上游分离的气流使得中、下游脉动压力显著增大,中、下游升力对总体升力具有良好的相关性,且对涡激振动贡献最大;封闭栏杆方式可以抑制钝体箱梁断面的竖向涡振;栏杆阻风率变化会同时改变钝体箱梁上、下表面的压力脉动分布强度,但只能改变其上表面的压力系数均值;气动措施抑振的机理是其削弱了箱梁中、下游的脉动压力强度,破坏了局部升力对总体升力的相关性。     

栏杆基石对闭口箱梁桥梁涡振性能影响的机理

为研究检修道栏杆基石对桥梁涡激振动性能的影响，依托中国某主跨808 m的超大跨度闭口箱梁加劲梁悬索桥，通过主梁大比例节段模型弹性悬挂测振测压风洞试验获取模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据，测试原设计断面在±5°攻角范围内的涡振性能，对比分析3种不同栏杆基石位置和高度工况下主梁涡振响应性能和桥面测点脉动压力系数均值、均方差、压力功率谱以及局部气动力和总体气动力的相关性。研究结果表明：依托工程主梁设计断面发生了显著的竖向和扭转涡激共振，且扭转涡振显著超出规范允许值，主梁涡振性能随来流风攻角的增大而变差。主梁表面实测脉动压力数据分析显示，由于栏杆和基石的阻挡，箱梁上表面气流分离后在后部再附，导致上表面前部和中后部发生了强烈的压力脉动。上表面前部、后部以及下表面迎风区斜腹板局部气动力与总体气动力具有很强的相关性，这也是导致主梁发生显著扭转涡振的根本原因。将栏杆基石移至桥面板边沿显著减小了上、下表面压力脉动，上表面前部和后部气动力相关性被破坏，可以大幅抑制涡振；将栏杆基石移至桥面板边沿，并降低栏杆基石高度抑制了气流在上表面后部的再附现象，断面压力脉动被削弱，局部气动力和总体气动力相关性被完全破坏，从而有效抑制涡振。     

路基压实度不足对路基路面结构性能影响试验研究

路基压实度不足会导致路基发生不均匀沉降,最终引发结构性病害,影响道路的使用性能。文中通过在某公路上设置压实度不足测试区域进行试验,得到测试区域与正常区域的基层顶面及路基顶面的动土压力、路面结构底层的动应变并进行对比分析。结果表明,欠压实区域基层顶面、路基顶面的动土压力偏大,面层底面动应变偏大,路基压实度下降对路基路面结构性能的影响较大;路基顶面的动土压力与车辆的轴重成线性正相关关系,车辆荷载作用位置路基顶面承受的动土压力最大,沿两侧逐渐衰减。     

浮动式汽车天窗气力密封有限元分析研究

随着人们物质生活的日益需求,每年汽车客户的期望越来越高,对汽车舒适度要求更加高,汽车天窗在整个汽车舒适度方面占有很大的影响因素,针对密封性能高的天窗只出现在高端轿车上的问题,设计了一款浮动式汽车天窗气力密封装置,并且运用了CFD模拟,通过Navier-Stokes方程求解车辆的外部流场,并计算车辆表面周围的气动压力分布,提取并绘制车辆天窗玻璃上的空气动力学压力,并利用ANSYS Workbench软件开发一个有限元模型,通过计算玻璃上的变形来定义柔性部件的效果。     

三维波束成形麦克风阵列在风洞测试中的应用

得益于非常安静的背景噪声（风速 140 km/h，声压级小于 58 dBA）和优秀的低频压力脉动（Cp rms ＜ 0.005），中国汽车工程研究院（CAERI）风洞中心的气动声学风洞为汽车空气动力学开发提供良好的声学测试平台。中国汽研风洞中心安装一套由 3 块麦克风阵列（3×168 通道）组成的三维麦克风阵列测试系统，对车外气动噪声源进行定位及分析。采用“声学照相机原理”，即噪声云图通过波束成形的高级算法投射到车身三维表面（3D）上进行定位显示。     

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。     

乘用车燃油压力脉动数值分析

针对某乘用车出现的怠速低频噪声现象进行了分析,确定该低频噪声是由燃油压力脉动导致的。对该乘用车的燃油系统进行了一维仿真分析,研究了不同容积的外置缓冲器和不同材料的连接管路对燃油压力脉动的影响,并设计了外置缓冲器与连接管路的优化方案。噪声测试结果表明,选用优化后的橡胶管与外置缓冲器可不同程度地降低车内噪声1.3~3.2 d B(A)。