轿车外流场的三维数值模拟分析

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1、第24卷第6期(总第112期)机械管理开发2009年12月Vol.24No．6(SUMNo．112)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTDec．2009轿车外流场的三维数值模拟分析管政1，王爱玲1，郑智贞1，刘湘云2，陈洪业1（1.中北大学机械工程与自动化学院，山西太原030051；2.广东工业大学材料与能源学院，广东广州510006）【摘要】应用计算流体动力学技术选用K-ε模型,对轿车的外流场进行了数值模拟，分析了轿车周围的压力、流场分布。【关键词】汽车；空气动力学；数值模拟；压

2、差阻力【中图分类号】U461.1【文献标识码】A【文章编号】1003-773X（2009）06-0067-020引言2模型建立和网格划分空气动力学特性是汽车的重要特性之一，它直接模型在UG软件上建立。模型对轿车实体表面作了影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性简化处理，省略了门把手、后视镜等，对底部作了平整与安全性。近年来，燃油经济性成为汽车技术的重要课处理。这些改变对流场总体特性并没有大的影响,却可题。研究指出：如能使气动阻力系数下降20%～25%，以提高计算速度。[1]汽车燃油可减少8%～20%，因

3、此研究高速行驶过程为了模拟轿车外部流体的运动，轿车外部的自由区[2，3]中车辆的气动特性具有十分重要的现实意义。汽车域尺寸为：前部和后部空间长度分别是轿车长度的1倍空气动力学的研究主要有两种方法：一种是进行风洞和3倍，高度和宽度的自由区域是相应轿车尺寸的2倍。实验，风洞实验既费时又昂贵,还容易受主、客观条件轿车尺寸的长度×宽度×高度=4.35m×1.68m×1.48m。本[4]的影响,效果难以令人满意。另一种是利用计算流体次数值计算采用CFX，网格采用ICEM网格划分软件。动力学（CFD）技术进行数值模拟。随着计

4、算机技术和计算域采用非结构化六面体网格，网格数目为460,000计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿个，图1为计算域网格示意图。本研究中，边界条件为真由于其具有可再现性、周期短、低成本等优越性成为速度进口，取u=38m/s，出口为压力出口，地面为移动研究汽车空气动力学性能的有效方法。边界条件模拟地面效应，其余壁面为无滑移壁面条件。1控制方程由于汽车行驶速度的马赫数相对较小，研究轿车外部气流流动时，可把气流的可压缩性忽略。流动的空气可以假定为理想气体。因为空气的密度非常小，质量力可以假定为零。汽车绕流流动

5、可以认为是三维定常图1计算模型的网格生成图流动，其控制方程由质量守恒方程，动量守恒方程、理3计算结果与分析想气体的状态方程所组成，控制方程组如下：图2为车身对称面速度矢量图。可以看出，轿车鄣u=0.（1）行驶时，前方来流首先在前保险杠处受阻，气流动能转鄣xi化为压力能，从而形成正压区。这股气流分成两部分：鄣ui鄣ρ鄣鄣ui鄣ujρuj鄣x=-鄣x+鄣x[μ（鄣x+鄣x）].（2）一部分向上，通过发动机罩、前挡风玻璃、驾驶室顶向jijji其中：i，j=1，2，3；x1=x，x2=y，x3=z，u1=U，u2=V，u

6、3=W。湍后流去；另一部分向下，通过车身下部，然后向车尾流流粘性系数和扩散系数用k-ε模型表示，该模型包含去，两部分气流汇成复杂涡系。了湍流能量和湍流能量的耗散两个附加方程。其中xi，xj，t称为欧拉变数；u为流体速度；p为流场内的压强；k-ε模型中的常量视情形常常稍有改动。表1列出了模拟中选用的湍流模型常量。这里的C1，C2、Cp是湍流图2对称面速度矢量图模型中的常量；σΦ是湍流Prandtl-Schmidt数，其中Φ代图3为车身表面压力分布图。可以看出，除前保表ε、k、f、g或h。险杠、发动机罩、前风窗交界处

7、出现正压外，其余部分表1湍流模型的常量数值均为负压。出现负压值较大的部位是车身顶盖前端及C1C2Cpσεσkσfσgσh1.441.920.0851.220.90.70.70.7侧面拐角处。收稿日期：2009-04-30；修回日期：2009-08-08作者简介：管政(1982-)，男，山西大同人，在读硕士研究生、研究方向：轿车空气动力学。·67·第24卷第6期(总第112期)机械管理开发2009年12月图3车身表面压力分布图图4为车身对称面上下表面的压力分布图，从图可知，车身上表面压力变化较复杂，而底部均为负压区

8、，变化较平缓。汽车前部压力较大，后部存在负压，从而形成压差阻力，这是汽车总阻力的主要部分，必须设法图4车身对称面上下表面压力分布图使尾部的压力升高，以此降低压差阻力。参考文献4结束语[1]杜广生.汽车空气动力学[M].北京：中国标准出版社，1999.本文应用CFD技术对轿车外流场进行模拟仿真，[2]傅立敏，吴允柱，贺宝琴.超车过程的车辆气动特性仿真研是对其进行气动性能分析