两方程模型计算轿车气动性能的适用性研究.pdf

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1、2016年(第38卷)第11期汽车工程AutomotiveEngineering2016202两方程模型计算轿车气动性能的适用性研究木朱晖，杨志刚(同济大学，上海地面交通工具风洞中心，上海201804)[摘要]采用两方程湍流模型进行稳态数值仿真被广泛应用于与汽车空气动力学相关的工程实践及科学研究中。基于统一的硬件平台和相关的参数设置，采用Realizablek-e模型、k-wSST模型和4种低雷诺数模型对某一车身全尺寸模型外部绕流场进行数值计算。以同一模型的风洞试验数据为准，通过计算获得气动升／阻力、车身表面压力和尾迹区流场结构等相关信息，对比研究了不同两方程模型对汽车外流

2、场的计算能力。关键词：轿车；气动性能；两方程模型；稳态数值仿真AStudyontheApplicabilityofTwo—equationModelstotheCalculationofAerodynamicPerformanceofSedanZhuHIli&YangZhigang％，l鲥University，ShanghaiAutomotive阢以TunnelCenter，Shanghai201804『Abstract]Thesteady．statenumericalsimulationswithtwo—equationturbulencemodelsarewidelyu

3、sedinengineeringpracticeandscientificresearchrelatedtovehicleaerodynamics．Basedonthesamehardwareplatformandrelatedparameterssetting，Realizablek-emodel，k-wSSTmodelandfourlowReynoldsnumbermodelsarea—doptedtoconductnumericalcalculationontheflowfieldaroundafullscaledvehiclebodymodel．Accordingt

4、otherelatedinformationonaerodynamiclifianddrag．thesurfacepressureonvehiclebodyandthewakestructureofflowfield．withthewindtunneItestdataofthesamemodelasreferencebase，thecalculationabilitiesofdifferenttwo—e．quationmodelsregardingvehicleexteriorflowfiledarecomparativelystudied．Keywords：ear；aer

5、odynamicperformance；two-equationmodel；steady-statenumericalsimulation刖百汽车空气动力学与车身结构和造型风格直接相关，从而影响燃油经济性、操控稳定性和视觉美感，成为科学研究及产品研发过程中的核心内容之一。目前，计算流体力学方法被广泛应用于汽车空气动力学特性研究中，该方法中湍流模型构建或选择恰当与否直接影响对汽车外部绕流场解算的准确性和实时性¨。o。汽车外流场包含附着、边界层转捩、局部分离、尾迹大分离流动现象，属于复杂的高雷诺数临地面钝体绕流范畴。基于流动现象特征和稳态分析前提，由于对分离和旋转等强三维流动具

6、有较高的仿真精度，在两方程框架中Realizable后一s模型及k-wSST模型常被引入针对汽车外流场的数值分析中‘4—7。。低雷诺数模型亦属于两方程模型，此类模型避开壁面函数概念，对高雷诺数湍流模型方程中的经验常数或函数进行近壁衰减和分子黏性效应修正，在学理层面和低雷诺数或简单三维流动模拟实践中体现出优势旧。1¨，但对高雷诺数轿车绕流场计算的适用性尚需进一步研究。本文中以自主研发的低阻车型为对象，在风洞实测数据的基础上，研究在稳态分析前提下两方程湍流模型在车体不同部位存在不同运动特征流动的s上海市地面交通工具风洞专业技术服务平台(16DZ2290400)资助。原稿收到13

7、期为2015年10月1313，修改稿收到13期为2015年12月1413。·1284·汽车工程2016年(第38卷)第11期仿真特性，并结合车体所受气动升／阻力的计算和试验数据的比较，明确两方程湍流模型在高雷诺数轿车绕流场数值仿真中的特点与适用性。1两方程湍流模型Realizablek一占揣流模型引入邵分雷话应力数学约束，湍动能k及耗散率s基本方程‘123为型+掣=毒№丝Ork嘲lOtOxor崛叩洲，一十一=一ll¨+一-一l+l—nPIia戈i【＼。。a石J⋯‘。掣+掣=批列O'e／习们幻叩G去(2)式中：G。为