基于cfd技术的fsc赛车车身气动造型设计

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1、交流河北农机HEBEINONGJI摘要：汽车外部流场的空气动力特性关系到赛车运行的动力性、稳定性，决定赛车的整车性能[1]。本文按照FSC赛车设计规则，对赛车车身进行了三维设计，并利用CFD技术建立了车身外流场分析模型，通过数值模拟方法对车身造型进行了分析，确定了车身空气动力学特性，为赛车的造型设计和优化提供理论依据。关键词：FSC赛车；车身造型设计；数值模拟；计算流体力学DOI:10.15989/j.cnki.hbnjzzs.2015.02.033基于CFD技术的FSC赛车车身气动造型设计山西中北大学机械与动力工程学院樊卓闻张翼任润国1引言Enclosure（包围）来生成。近年

2、来，大学生方程式赛车（简称“FSC赛车”）在本文使用ANSYS-WorkBench集成环境中的Mesh世界范围内迅速发展，在赛车的车身设计过程中，车身模块对外流场计算区域划分网格。动力学特性对赛车各方面的性能有重要的影响。因汽计算网格的划分是数值模拟过程中最为耗时的部车的风洞实验对车身空气动力学有极强的预测性而被分，同时网格的质量很大程度上决定着数值模拟结果用在汽车设计中，但弊端是实验手段复杂、费用高、周精度甚至数值模拟能否收敛。为了提高计算精度，在网期长。随着计算机应用技术和湍流理论的发展，把计算格划分中先采用高级尺寸功能函数的Proximityand流体力学应用到汽车设计上已

3、成为可能，从而把原来Curvature方法划分网格，进行表面网格预览，表面网格只能在风洞中进行的实验转化到计算机上来。如图2所示。2车身模型的建立2.1三维模型建立车身的设计不仅用来保护驾驶员的安全，给驾驶员提供一个相对于外界比较稳定的驾驶环境，还要满足自我审美和个性化等要求，进而设计出了各种车身造型，造成模型曲面复杂、细节多，在模型的处理、网格的生成和计算过程中都需要花费大量的时间，因此国[2]内外许多学者在进行气动研究时通常使用简化模型。图2表面网格本次计算入口条件为对称均匀来流，为了节省计算耗从图2的初始表面网格可以看出，没有在车身表费，故只取模型沿纵向对称面的一半，如图1

4、所示。面和地面考虑到边界层，而且网格有些地方的最小尺寸不太合适，所以需要进一步对网格划分，并且要考虑[3]到边界层的影响。将全局网格最小尺寸设为2mm，并且使用Infation功能对车身表面wall-car和地面wall-gound进行边界层划分。最后由表面网格和膨胀层网格生成所需的计算域网格，赛车车身的外流场计算区域划分单元总数最终为817321。2.3边界条件的设置图1三维简化模型汽车周围的流体是空气，空气在一个标准大气压2.2网格生成（海平面高度）下，摄氏温度15℃时的密度ρ=1.32对汽车进行数值模拟时所使用的计算域为长方225kg/m，动力粘性系数μ=1.7894×10

5、Ns/m，运动粘2体，本文使用ANSYSDesignModeler创建赛车车身的三度v=μ/ρ=1.4607m/s。因此，当空气的速度ν<50m/s维几何体外流场计算区域，其外流场计算区域使用时，可视为不可压缩流体。本次模拟的风速为25m/s，因此可以把汽车绕流考虑成不可压缩的。汽车绕流问题作者简介：樊卓闻，1989年出生，山西运城人，硕士，研究方向：内燃机涡轮增压技术。一般都简化为定常、等温、不可压缩的三维流场，考虑582015年第2期河北交流HEBEINONGJI农机到由于复杂外形引起的分离，应按湍流处理。3数值模拟结果及分析3.1车身速度分布特性为了展现车身速度分布特性，本

6、文选取了车身纵向对称面上的速度矢量图。从图3可以看出，远方来流首先遇到汽车头部顶点。在此处，气流阻塞，来流速度图6车身表面上的速度流线图降低，形成一个比较大的阻滞区，为一驻点。流经驻点，通过流态分析，可以理解重要的流动过程。图5显气流分成上下四部分，两部分从车头旁边流出，一部分示了该车身纵向中心对称面的流态。从图中可以看出流向车顶，一部分流向车底部。上部气流在车头前部开各流线之间不是等距的，而各流线之间的间距差异，刚始提速，到达车头后缘的时候，发生了分离现象。好表明了升力的来源。间距近，表明流速高，静压低，从3.2压力分布而减小有效载荷。图6所示为车身的速度流线图。从图中可以观察

7、到，车身流线清晰，只是在驾驶舱和座椅后面产生湍流，但由于这不可避免，整体上来说整车的气动造型不错。3.4气动力系数分析为了反应出汽车外形的空气动力特性，在求解器中输出气动阻力和气动升力结果，如图7和图8所示。图3车身表面上的速度矢量图7气动阻力结果图8气动升力结果可以看出，车身所受到的气动阻力为82N，其中压图4车身表面上的压力分布图差阻力为77N，摩擦阻力为5N，空气阻力系数为0.33；从图4可以观察到，在车身上表面，除了车身前脸气动升力为64N，气动升力系数为0.25。气动力