某车型外流场特性的数值仿真研究.pdf

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1、第38卷第2期武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Vo1．38No．22014年4月JournalofWuhanUniversityofTechnologyApr．2014(TransportationScience&Engineering)某车型外流场特性的数值仿真研究饶紫微乔维高杨松司豪杰(武汉理工大学现代汽车零部件技术湖jB省重点实验室汽车零部件技术湖北省协同创新中心武汉430070)摘要：将SIMPLE算法与RNG肛e湍流模型相结合，基于计算流体动力学完成了某车型外部流场的数值仿真．仿真计算的求解区域采用非结构化四面体网格进行离散，以速度进口、压力

2、出口为边界条件，着重对该车型整车、中截面的流线、速度场、压力场及宽频气动噪声的声功率级分布进行了对比分析．仿真结果表明，外流场中沿车身外形的大幅度压力脉动是气动噪声的主要来源之一．关键词：空气动力；外流场；计算流体动力学；数值模拟中图法分类号：U463．82doi：10．3963／i．issn．2095—3844．2014．02．0470引言阻塞效应为准嘲，车前距离为2倍车长，车后距离为6倍车长，车左右距离为5倍车长，高度为3倍目前，针对汽车空气动力学的研究方法主要车长，地面与车轮留有很小间隙．有风洞试验方法和计算流体动力学仿真方法．风洞试验存在费用高、周

3、期长等问题．随着计算机技术和数值仿真技术的进步，仿真技术在低成本、周期短、结果可视化方面的优点更加突出，逐渐成为研究汽车外流场空气动力学特性的一种有效手函段．国内进入2O世纪90年代以来，逐步开始进行汽车外流场的数值模拟研究，起初主要对压力场、速度场等进行分析，随着研究的深入，在外流场压力脉动、气动噪声方面也做了大量的研究工作[2]．本文建立了某车型的三维几何模型，采用有限体积法进行了该车型外流场的仿真计算，对流线、速度、压力、声功率级噪声等参数的分布特性进行研究分析．图I某车型三维图由于整个流体计算域空间较大，车身曲面比1仿真模型较复杂，为了兼顾仿真计算

4、的准确性和经济性，采某车型的三维几何模型见图1，为了提高仿用分区划分网格的方法，使用四面体网格，对于车真的效率，对于汽车外流场整体特性影响不大的身及周围空间的网格进行加密，沿着远离车身的部件做了简化处理，如省略了格栅、雨刷、后视镜、方向，网格逐渐变得稀疏，最终生成的网格数约车灯等部件．汽车外围流场空间的选取以不出现450万，整体网格划分结果见图2．收稿日期：2013-12—03饶紫微：(1989一)：男，硕士生，主要研究领域为车辆工程第2期饶紫微，等：某车型外流场特性的数值仿真研究·451·小股气流从车底盘流过，大股气流沿车顶绕流，并在车顶区域存在最高速度

5、区．绕流气流在车体尾部形成明显的涡流，这是由于两股气流绕流车体后在车尾形成漩涡的交互作用而形成的．图2车身周围网格图图3整车流线图4所示为绕流气流的涡核分布，与流线图2数学模型对应可以发现，主要脱落涡核也是集中在车体尾部，沿尾部流线延伸方向分布有很多脱落的漩涡．汽车外流场计算不考虑空气的压缩性，可以简化为定常流动，不考虑传热，采用湍流模型拟合汽车外流场的湍流流动Ⅲ．外流场的质量守恒方程为图4整车涡核·“一0(1)3．2整车压力分布+(“·)“一一lvp+vVZu十s(2)。对应的湍流模型中k及￡的控制方程为a￡+’az，一去a，l～一“aOzk7l+G+(

6、3)+一Ok7+af。a，azlazjJl—C2,p(4)式中：U，为速度分量；k为湍动能；￡为湍动能耗散率；G是由于平均速度梯度引起的湍动能的产生项．图5整车J力数值计算采用RNGk-e湍流模型，选择二阶沿着车体迎风方向观察发现，车头迎风部位迎风格式，采用SIMPLE算法耦合速度场及压存在明显的高压区，高压的影响一直延伸到挡风力场．玻璃上缘，这是因为迎风面直接受到气流的冲击车头前部端面为速度入口边界条件，给定气作用，压力相应较高．在气流绕流过车顶后，在车流进口速度为30m／s，车后部端面为压力出口边后窗和车体尾部也形成一定范围的高压区，这是界，给定压力出

7、121为0Pa．车身纵向对称平面为因为绕流气流的二次脱落引发的]．同样道理，在对称边界条件，车身表面为固定Wall边界条件．车轮胎迎风面以及车底部迎风面也都存在高压区范围．3仿真结果3．3中截面速度及压力场图6所示为车体巾间截面上的速度场分布，为了综合分析该车型外流场的相关特性，从在汽车尾部可以看到明显的气流尾涡的存在，这流线、速度场、压力场在整车及中截面的分布情况对于汽车的外形阻力以及气动噪声都是不利的因人手分析，并就整车表面的气动噪声声功率分布素．由于车底部距离地面的间隙相对较小，可以看情况作了分析．到一股高速气流经由车底绕流后沿车底流出，流3．1整车

8、流线出气流方向存在向上趋势，这对车尾漩涡的形成该车型外流场的速度流