基于hyperworks某厢式列车外气动性能分析

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1、基于HyperWorks某厢式列车外气动性能分析-汽车基于HyperWorks某厢式列车外气动性能分析张晨陕西重型汽车进出口有限公司陕西西安710200摘要：为提高某厢式列车的空气动力学性能，利用Altair公司有限元软件HyperWorks中的VirtualWindTunnel工具进行某厢式列车外流场分析。相较于传统CFD分析软件，VirtualWindTunnel采用流程化定制，能够避免很多其他因素干扰。根据最终分析结果，提出通过增加导流罩来优化整车外气动性能。结果表明：增加导流装置后整车风阻系数较原来有显著降低，该方法为厢式列车气动

2、性能优化设计提供理论依据。关键词：VirtualWindTunnel厢式列车气动性能流程化优化中国分类号：U461.1文献标识码：A文章编号：1004-0226(2015)11-0102-04第一作者张晨，男，1986年生，助理工程师，从事车辆整车设计。1引言近年来，全世界的汽车制造商都依赖于耗时的风洞试验和计算流体动力学(CFD)仿真来研究汽车的空气动力学性能。今天，快速的计算机系统和尖端的数值方法允许人们在短时间内研究复杂的流动结构。在汽车的研发过程中，风洞试验仍然是个不可或缺的过程，同时CFD风洞仿真也越来越受欢迎，它的运用大大减小

3、了实际所需的风洞试验次数。完成汽车风洞试验仿真不是一个简单的任务。从模型的准备，到网格划分和CFD模型的建立，最后到计算和后处理，整个工作流程复杂且耗时。汽车外流场仿真的特点是：几何复杂（如发动机舱）、边界条件（如旋转轮胎和滑移地面）不稳定，而且流场十分紊乱，特别是在汽车的尾部。在这种背景下，流程定制化的环境、可靠的精确性，以及可扩展和稳健的CFD求解器，将成为未来风洞仿真的主流方式。本文利用Altair公司高度流程定制化的CFD工具VirtualWindTunnel对某厢式列车进行整车外流场CFD模拟，并通过增加车辆辅助装置对其外气动性

4、能进行优化，优化后该车型整车风阻系数有明显降低，为整车降油耗提供设计方向。2VirtualWindTunne简介VirtualWindTunnel的核心技术是Altair先进的计算流体动力学(CFD)求解器-AcuSolve。它是一款通用的、基于有限元技术的CFD求解器，因而在求解速度、可扩展性、精确性和稳健性方面有着独特的优势。AcuSolve采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)和分离涡(DES)技术来模拟湍流，预测流场和流动分离。VirtualWindTunnel用户界面友好直观，一体化的操作环境及高度自动化的仿真过程，

5、使得用户不容易犯错而影响仿真结果，整个界面如图1所示。3虚拟风洞建立及计算设定3.1网格划分为了研究整车的外气动性能，需要尽可能地保留该型车的所有特征，然后以带顶、侧导流罩的整车模型为例进行前处理及风洞模型的建立。计算中保留了驾驶室对外气动影响较大的所有细节特征，包括雨刮器、后视镜、遮阳罩、挡泥板、进气格栅等复杂部件；为了提高计算效率，对外气动敏感度影响较小的部件，如动力系统部件、车架底盘系统等进行包面处理，冷凝器、中冷器和散热器用多孔介质理论建立其模型，简化发动机舱内的油管、水管、螺钉螺母等部件，有效减少网格数量，大幅缩减计算时间。对于

6、面网格，流体计算中一般选用三角形网格。三角形网格是二维空间中最简单的形状，任何二维空间区域都可以被三角形填充，适应性好。本次计算中，前处理工具为Altair公司HyperWorks仿真平台的HypcrMcsh，利用HypcrMesh对最终的车型几何进行面网格划分，根据零部件的特征大小选择不同尺寸的网格尺寸，对于保持细节的位置需要局部加密，厢式列车面网格模型如图2所示。3.2虚拟风洞建立整车面网格模型建立之后，将网格模型以nas格式从HyperMesh中导出，然后导入到VirtualWindTunnel中，对其进行外流场分析。在分析之前，首

7、先需要定义虚拟风洞。图3为虚拟风洞在VirtualWindTunnel中进行的定义。虚拟风洞一般采用规则的长方体，确立的原则是外流场不会对发动机舱内流产生影响，防止风洞试验中的阻塞效应，车身的横截面积不能超过进风面的5%，同时要考虑到卡车尾部的湍流影响’巾，而且在满足设计要求的条件下需要提高计算效率。根据这一原则，一般在CFD软件中，设置车头前端空间取4倍车长，车尾后端空间取8倍车长，车项上部空间取6倍车高，车身两侧空间分别取5倍车宽。考虑到厢式列车牵引车厢很长，同时为了减小风洞的阻塞效应，该厢式列车前部取Ls为2倍车长，尾部流场较复杂，

8、故取5倍车长，上部留6倍车高，左右各5倍车宽，根据整车长度LT(16m)、宽(2.5m)、高H(4.2m)，定义风洞的尺寸；汽车在行驶过程中，轮胎有一定的弹性变形，实际车轮和地面的接触是一个面