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类客车体气动特性及减阻措施的试验研究和数值模拟

作　者: 李士伟
导　师: 王勋年；陈立
学　校: 中国空气动力研究与发展中心
专　业: 流体力学
关键词: 类客车体风洞试验数值模拟气动特性外形减阻底部流场
分类号: U467
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着高等级公路的快速发展和燃油价格的不断上涨,商用汽车空气动力学性能越来越受到人们重视。本文针对类客车体模型,利用风洞试验和数值模拟相结合的研究方法,研究了类客车体典型外形参数对气动特性的影响规律;在掌握类客车体外流特征及压力分布的基础上,提出了有效的减阻措施,为该类型汽车减阻降耗研究提供重要参考;同时初步探讨了不同底部模拟状态,不同离地间隙车底速度分布和气动力特性,为该类车型底部流场和不同离地间隙的气动特性研究提供借鉴。本文共五章,主要内容如下:第一章为绪论,主要介绍论文研究背景和意义,结合我国汽车工业发展的时代要求,比较详细地调研了国内外在商用汽车外形、底部流场以及减阻措施等领域的研究进展,并提炼出本文主要研究内容。以Ahmed缩比模型为研究对象,利用风洞试验和数值模拟相结合的研究方法开展相关研究工作。第二章介绍汽车数值模拟研究基础。内容包括汽车外流场控制方程、常用离散方法、商用CFD软件和前处理软件等。数值模拟过程中,采用Soliworks进行几何建模,ICEM-CFD划分非结构网格,最后利用FLUENT软件计算模型气动载荷和后处理,并通过算例验证本文所选网格策略和湍流模型的可靠性。第三章介绍类客车体相关研究的风洞试验过程并对典型外形参数气动特性研究结果进行初步分析。试验在中国空气动力研究与发展中心低速所1.4m×1.4m风洞进行,主要开展地板边界层测量试验、典型外形参数影响试验、不同离地间隙不同车底模型状态测力试验、底部流场测量试验、减阻试验、流态显示试验等内容。另外,分析典型外形参数(头部圆角半径、尾部下倾角、尾部上翘角、横向收缩角)气动特性影响规律:随着头部圆角半径的增加,阻力系数减小,升力系数增加,半径增加到一定值后,变化趋缓;通过适当改变尾部外形,可以使阻力系数和升力系数降低,但超过一定角度,各种尾部外形变化呈现不同的结果。最后,利用油流法和网格丝线法对尾部下倾角两个角度尾部表面流态和尾流场进行显示。第四章为减阻措施和底部流场特性研究。通过数值模拟分析类客车体外部绕流特征和压力分布,提出尾部隔板减阻措施,通过对不同排布隔板减阻效果研究表明:隔板布置形式要依据尾流结构而定,减阻效果受隔板宽度和隔板到后缘距离所影响,其中,三横三竖的隔板排布减阻效果最好,阻力系数下降15.58%。在底部流场研究中,首先对地板边界层厚度进行了测量,测量结果和理论结果吻合较好,并以此给出固定地板法模拟地面效应的离地间隙。随后利用测压耙对不同离地间隙不同车底模拟状态的底部流场进行测量,初步探讨纵向中线车底速度分布和发展规律,同时对不同离地间隙不同车底模拟状态的气动力特性进行初步分析。最后一章是对论文工作的总结,并结合论文不足展望了下一步工作方向。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景和意义  10-12
    1.1.1 汽车空气动力学的特点及研究内容  11
    1.1.2 汽车空气动力学的研究方法  11-12
    1.1.3 汽车空气动力学的研究意义  12
  1.2 国内外研究进展  12-18
    1.2.1 汽车外形气动特性研究进展  13-15
    1.2.2 汽车底部流场特性研究进展  15-16
    1.2.3 汽车减阻措施研究进展  16-18
  1.3 本文研究的主要内容  18-19
第二章汽车数值模拟研究基础  19-32
  2.1 汽车外流场控制方程  19-20
  2.2 控制方程的离散及求解方法  20-21
    2.2.1 控制方程的常用离散方法  20-21
    2.2.2 控制方程的求解方法  21
  2.3 CFD 软件及应用  21-23
    2.3.1 CFD 软件概述  21-22
    2.3.2 前处理软件及FLUENT 简介  22-23
  2.4 类客车体外流场数值模拟  23-32
    2.4.1 几何模型和计算域  23-24
    2.4.2 网格策略  24-26
    2.4.3 FLUENT 主要参数选择  26-28
    2.4.4 算例验证  28-32
第三章类客车体试验及典型外形气动特性研究  32-53
  3.1 试验总体方案  32-33
  3.2 试验设备与模型  33-38
    3.2.1 试验设备  33-36
    3.2.2 试验模型与支撑  36
    3.2.3 地板  36-38
  3.3 试验内容和方法  38-44
    3.3.1 试验内容  38
    3.3.2 试验方法  38-41
    3.3.3 数据处理方法  41-44
  3.4 类客车体典型外形气动特性结果分析  44-53
    3.4.1 支架干扰的影响  44-45
    3.4.2 头部圆角半径  45-47
    3.4.3 尾部下倾角  47-50
    3.4.4 尾部上翘角  50-52
    3.4.5 尾部横向收缩角  52-53
第四章类客车体减阻措施及底部流场特性研究  53-67
  4.1 减阻措施研究  53-58
    4.1.1 减阻措施的提出及研究方案  53-55
    4.1.2 减阻结果分析  55-58
  4.2 底部流场特性研究  58-67
    4.2.1 底部流场的研究方法  58-61
    4.2.2 不同离地间隙底部速度分布  61-64
    4.2.3 不同离地间隙气动特性影响  64-67
第五章全文总结  67-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
个人简历  74
论文期间主要工作  74

类客车体气动特性及减阻措施的试验研究和数值模拟

内容摘要

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