汽车车体空气动力学性能数值分析方法研究

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1、汽车车体空气动力学性能数值分析方法研究吉利大学汽车学院王书义副院长教授博导摘要本文用计算机数值计算方法对美人豹汽车车体空气动力学性能进行分析，文章给出了汽车在以60、100、120、160Km/h行驶条件下，汽车车体周围空气流速分布和压力分布，文章计算结果对分析美人豹汽车的空气阻力特性、车体设计品质、和空气力对汽车行驶的稳定性有重要参考价值，本文所使用的计算方法对其它汽车车体空气动力学性能计算也有借鉴意义。关键词：汽车、车体设计、空气动力学性能分析、三维流动数值计算AbstractAnumericalmet

2、hodforcomputingcarair-dynamicsperformanceispresentedinthispaper.Thedistributionofvelocityandpressure,at60、100、120、160Km/hofspeed,aroundMeribaocararegiven.Thesecomputedresultshaveimportantsenseforanalyzingthecharacteristicsofairresistance,thequalityofcarbody

3、design,andthecarroadability,thenumericalmethodhasalsoreferentsenseforcomputingtheair-dynamicsperformanceofothercars.Keywords:Automobile,Carbodydesign,Air-dynamicsperformanceanalyses,3-dnumericalsimulation随着社会文明程度的不断提高，要求汽车产品向更安全、更舒适、更经济、更环保方向发展，为了达到这个目标，各个汽

4、车生产厂家在技术上展开了激烈竞争，给汽车设计提出了更高要求。为了减少汽车行驶阻力，提高汽车燃油经济性，以及汽车行驶稳定性，汽车车体空气动力学性能设计成为汽车设计的一个重要方面。本文以美人豹汽车为对象，对汽车车体空气动力学数值计算方法进行了研究。主要内容包括数学和几何模型的建立、数值计算方法，文章给出了文章给出了汽车在以60、100、120、160Km/h行驶条件下，汽车车体周围空气流速分布和压力分布的计算结果，同时对计算结果进行了分析。文章的主要目的是建立汽车空气动力学性能计算机数值模拟方法，为分析和评价汽车

5、车体设计品质提供科学依据。1汽车空气动力学性能计算机数值仿真基础汽车在行驶过程中，汽车周围的空气被汽车车体自然分开，形成空气气流。气流的分布形式和强度与汽车车体的设计形状，以及汽车的行驶速度有关。在气流流经汽车车体周围时，在汽车车体周围形成压力场。汽车车体承受来自各个方向上的空气压力，在这些空气压力的综合作用下，形成汽车运行时的空气阻力、侧向压力，对汽车的燃油经济性和行驶稳定性构成影响。汽车空气动力学性能研究的基础是汽车与周围空气的相对运动。这种相对运动一般是指由于汽车运动而产生的，在自然风作用明显的情况下，

6、仍然可以换算为汽车与周围空气之间的相对速度加以考虑。在汽车的前进方向与空气流动方向不同时，只需要定义与之相符的空气流入角，其结果并不改变问题的性质。按照上面的说明，本文在研究汽车空气动力学性能计算机数值仿真方法时，在提及空气流动时，为了陈述方便，无论是由汽车运动引起的，还是由自然风运动引起的，两者都归结为由于汽车运动而产生的，其结果也并不改变研究方法的有效性。本文计算汽车车体周围的空气流动采用的数学方程为：（1）动量方程（2）连续性方程（3）气态方程其中气体密度气体流动速度矢量

7、气体黏度p气体压力v气体比容c常量k绝热指数 上述方程没有考虑空气流动的能量耗散，因为本文研究的对象主要是空气流动对汽车的宏观作用，并不考虑气体本身的能量变化，因此方程中也不包含耗散项及紊流项。气体在汽车表面流过时产生的摩擦，在计算中也忽略不计，因为与空气对汽车运动形成的阻力相比，两者相差甚远，不在同一量级上。在计算汽车车体周围的空气流动时，汽车的前后和上部要留够计算空间，否则不能反映流动的真实情况。根据其它同类汽车的风洞实验结果，本文在计算模型上部留下大约一个汽车的高度，同时假定汽车运动不再对大于这个

8、高度的空气流动产生影响。2汽车空气动力学性能计算机数值仿真过程与方法本文采用SIMPLAR方法计算汽车周围的空气流动过程。SIMPLAR方法计算流体流动需要建立流速和压力混合节点有限元网格，并且在流速和压力节点网格上分别建立求解速度与压力等参数的离散化动量方程与连续方程。实际计算时，由于汽车车体外形对气体流动影响很大，为了准确描述车体和外部各种装饰板的几何形状，在建立汽车车体几何模型和数值模型时应该