汽车空气动力学数值仿真研究进展

阐述了数值仿真在汽车空气动力学领域的研究特点及难点，介绍了汽车空气动力学数值仿真方法在研究现状，展望了这一研究领域的发展前景。     

汽车三维气动特性计算仿真网格的生成

汽车三维空气动力学仿真首先是建立仿真用的三维计算网络，本文在汽车表面空气动力学网格的基础上，从空间域的划分到空间网格的生成及各子域间的网格拼接，提出了系统的空间网格生成方法，并开发了可视化的汽车三维网格生成系统的应用软件。     

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。     

高速列车隧道内等速交会对车辆动力学性能的影响

基于风压载荷空气动力学控制方程,利用计算流体力学软件FLUENT,分析高速列车在不同线间距隧道内,以不同速度级等速交会时的车体表面风压和受到的气动力;将隧道内交会时受到的气动力以时程荷载的形式施加到车辆动力学模型中,分析其对各项车辆动力学性能的影响规律,并进行安全性和平稳性指标分析。结果表明:列车在隧道内等速交会时,头车所受的气动阻力、升力、横向力最大;高速列车表面所受的风压极值与速度的2.2~2.3次方成正比,所受的气动阻力、升力、横向力与速度的1.8~2.4次方成正比;隧道内高速交会对车辆安全性指标影响不大,仅在交会瞬间产生较大的车体横向振动,当运行速度达到400km·h^-1时各项安全性、舒适性指标均满足限值要求。     

不同外形列车过隧道实车试验的比较分析

随着列车运行速度的提高，隧道空气动力学问题越来越突出。2005年5月在遂渝线进行了高速列车过隧道试验，对列车和隧道内空气压力变化、隧道内列车风和隧道口微气压波等参数进行了测试。结果表明：隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系，并且与车头和车尾的外形、列车长度、隧道截面面积及其长度等因素有很大关系；隧道壁面压力近似与列车运行速度的平方成正比；同等速度条件下，钝头型的25T提速客车引起的隧道壁面压力变化幅值比流线型动车组的大38．6％；由于双层集装箱列车较高且集装箱间的间距较大，致使同等速度下引起的隧道壁面压力变化最大；隧道入口的压力变化明显大于隧道出口的压力变化，在隧道口附近，三维效应非常明显，且每种车型均不同。因此，将列车和隧道耦合起来设计出合理的隧道和列车截面形状，是减小隧道空气动力学效应的有效途径。     

High downforce race car vertical dynamics: aerodynamic index

Race car performance is strongly affected by aerodynamics. Due to downforce generated by the vehicle floor (i.e. diffuser), vehicle ride heights are key parameters to improve performance, and the coupling of aerodynamics and suspension is one of the key points of race car setting. This work focuses on the suspension and aerodynamic coupling from the vertical dynamics point of view. Besides road holding performance, for race cars, aerodynamic performance and stability are major factors. Downforce decreases laptime (the main performance target) but pitch instability is a non-desired effect that can happen in high downforce race cars. A new vertical dynamic performance index is proposed through the use of simulation to improve aerodynamic performance and understand the pitch instability phenomenon. This new index uses all relevant vehicle nonlinearities related to vertical dynamics and can handle a specific track profile and vehicle speed range, allowing the analysis be conducted according to a circuit specification. A previously validated Formula 3 car model was used as an example.     

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。     

列车高速通过站台时的流固耦合振动研究

采用计算流体动力学(CFD)和多体动力学相结合的方法研究列车高速通过站台时的风致振动及安全问题。应用有限体积法和滑移网格模拟计算方法,通过求解三维瞬态可压缩N—S方程获取列车通过站台的气动力。运用Simpack软件建立3辆编组的动车组动力学模型,轨道不平顺条件选用美国六级谱,并将用CFD得到的气动力作为激励输入动车组动力学模型,对列车高速通过站台时的气动行为进行仿真计算,得到列车高速通过站台时的振动时程曲线。计算结果表明,列车高速通过站台时,在气动力作用下3辆车均不同程度向站台靠近,且尾车的尾部向站台靠近的距离最大,达到19mm;头车向站台靠近主要是由车体的摇头运动所致,中间车向站台靠近是由车体的横向摆动所致,而尾车向站台靠拢则是由车体的横摆运动和摇头运动共同作用所致。