轿车外流场的数值模拟

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1、吉林大学硕士研究生毕业论文摘要于高等级公路的发展、汽车车速的提高，人们对汽车的操纵稳定性、安全性、舒适性提出了越来越高要求，特别是由于世界能源危机，石油价格上涨，使改善汽车的经济性成为汽车技术的重要课题。汽车空气动力特性对汽车的动力性、经济性和操纵稳定性有直接的影响。设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力学稳定性是汽高速、安全行驶的前提。汽车空气动力学的研究方法很多，但主要有验法、道路试验法，以及随着计算机技术的发展而产生的数值模拟法空气动力学研究主要是通过试验，包括各种模拟试验，验证和改进各改型措施。

2、同时，模拟试验又不断揭示出各种气动现象，通过试验数据的分析和推理，得出大量的重要结论，这又推动了汽车空气动力学研究的发展。就现阶段来说，研究迄生全1姐澄的最主要途径仍是风洞试验。本文研究内容是:轿车外流场的数值模拟研究，探讨了轿车的外流场和尾流场的速度、压力特性，研究了其尾流结构和湍流特性，对尾流积分求阻力进行了进一步研究，这项研究对于预测和改进汽车的气动性能和指导产品设计具有重要意义。r*论文是在导师傅立敏教授以前六项课题基础上开展的进一步研究。作者曳某新型轿车为研究对象，车身数据取自实际产品设计数据库，利用目前通用的CAD软件UG，构建本轿车的

3、1:5模型，作为用于本轿车模型表面网格，然后导出本轿车模型的表面文件，导出时导出为可以与STAR-CD接口的iges格式文件，在导入STAR-CD前处理器时生成适合于空气动力学仿真用的轿车表面网格，接着在STAR-CD中利用人工干预和王阁自动生成的方法划分本轿车车型外流场的计算网格，作为本轿车三维空气动力学仿真用网格。然后进行求解域的设定，求解单元的选择，控制参数的设定，求解方法和数学模型的选择，以及边界条件的确定等。完成以上工作后，在STAR-CD的STAR模块中进行数值模拟，控制求解过程的收敛，对出现的问题进行诊断、分析，吉林大学硕士研究生毕业

4、论文‘‘..‘‘‘‘‘二二.‘二二二并及时修改数学模型、控制参数及收敛条件等。计算完的结果送至后处理器软件进行后处理，输出所需要的图形、数据，对求解中的问题做出判断，决定是否接受计算结果。最后对计算结果进行研究，研究分两步进行:首先对轿车的外流场利用STAR-CD进行了数值模拟，着重进行了空气阻力系数与试验值的对比，确定了外流场改进方案，对计算域的网格进行局部细化，和地面效应的模拟，再次利用STAR-CD进行了计算，输出了该轿车的三维速度场、压力场、能量耗散及湍能，同时对比了固定地板和移动地板两种条件下的空气阻力系数，并比较了车身前端纵向对称面上的

5、压力，得出了移动地板的空气阻力系数和压力都偏低的结论。然后利用了尾流积分法求阻力，并与数值模拟和的试验值进行了对比，针对尾流积分法的不足，提出了个人的改进方案和建议。最后对整个外流场进行速度、压力分析，尤其对尾流场进行了重点分析。一、外流场分析结论从流迹线上可以看出，无穷远方来流，在本轿车前部呈层流流动，气流在该车的发动机罩和挡风玻璃之间并未出现漩涡和分离、再附着现象，基本上呈贴着车身平滑的流动。说明在该车前部流动单一，可以认为呈层流流动。紧贴车身的两条流线并没有在车身后部顺利汇合，而是形成一个负压区，而且从纵向的流迹线上看，这两条流线有很明显的波

6、动，说明气流在此的流动不稳定。容易造成气流的分离，产生复杂的涡系。从速度纵向示意图上可以看出，气流在该车的发动机罩和挡风玻璃之间及后挡风玻璃和行李箱之间并未出现漩涡和分离、再附着现象，基本上呈贴着车身平滑的流动，只是在尾部出现了较明显的尾涡，这是由于从上表面下来的气流与从轿车底部冲出的气流在这里汇合而产生的。值得注意的是，这个尾涡只是在轿车的尾部旋转，并在轿车行驶方向上向后脱离，避免了气流上卷带动尘土落到行李箱和后挡风玻璃上，这有利于保持轿车的后部清洁。二、尾流场分析结论后视窗和行李箱为负压区，但后风窗与行李箱交界处压力较大，容易造成气流导流，形成

7、旋涡，但从速度矢量图上看，并没有旋涡出现，流动区域相对稳定，与CA774相比，本轿车在后窗处没有漩涡出现，结构上更合理。从尾部速度纵向示意图上可以看出，气流在该车的尾部出现不规则的流吉林大学硕士研究生毕业论文.‘二言.‘二二二二‘‘‘二二二动，虽没有出现很明显的漩涡，但可认为形成的是一个不规则的漩涡。在横向断面示意图上出现两处较大的旋涡，其中之一强度较大，向后延伸，形成长长的旋涡，从尾部车身表面速度示意图上也可以看出，这一旋涡形成较早，强度也较大，延伸距离长，形成的是长长的拖拽涡，而另一个旋涡很快减弱、散失，并入拖拽涡系。正是这些旋涡的产生，对轿车

8、外流场的总压损失将产生重要的影响。由于拖拽涡系在汽车尾部已经形成，对于轿车外流场的能量损耗和总压损失将有重要的影响，应予以