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隧道内复杂工况下汽车高速气动特性研究

作　者: 杨滨徽
导　师: 谷正气
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 计算流体动力学压力波公路隧道超车会车外流场动网格
分类号: U461.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

汽车空气动力学特性是车身造型设计的前提基础和理论依据,它会影响到汽车的动力性、操纵稳定性、安全性、经济性、乘员的舒适性和周围环境等多个方面,是评价整车性能的重要指标,并已经成为汽车能否在激烈的市场竞争中取胜的重要因素。随着我国汽车产业和高等级公路的迅速发展,汽车车速不断提高,汽车空气动力学研究在国内倍受关注。随着国内汽车空气动力学研究不断深入发展,汽车外流场的研究不再局限于对简单的理想型体或其他简化模型的稳态分析,对接近实车的几何形体和瞬态问题的研究受到越来越多的关注。新的研究领域呈现出内外流场相互耦合、复杂工况与复杂环境相互耦合等多因素偶合的特征。由于风洞试验的局限性,CFD技术在这些新的领域中发挥着越来越重要的作用。本文以国家创新工程“中气计划”为平台,开展了隧道内复杂工况下汽车高速气动特性研究工作,将轨道交通中的压力波研究引入到汽车空气动力学特性研究中来,数值计算结果对于中气轿车设计与开发有一定的实际指导意义。首先本文对Ahmed模型、中气轿车、隧道进行了六面体网格划分,根据网格节点和单元的编号,编写了网格变化子程序。然后运用滑移交界面(Sliding Interface)和移动网格(Moving Mesh)技术实现网格的移动来对Ahmed外流场进行了瞬态数值模拟。并对比了其稳态流场的压力分布、湍动能、湍流粘性、速度标量,分析了二者的差别以及产生这些差别的原因。最后运用滑移交界面和移动网格技术对单车过隧道、隧道内轿车与轿车迎面会车、隧道内轿车超轿车的外流场进行了数值模拟,找出这些复杂状态下轿车车身压力波、气动力的变化规律,并分析了其原因。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 研究意义及背景  9-11
  1.2 国内外研究历史及现状  11-15
    1.2.1 国外研究历史与现状  11-13
    1.2.2 国内研究历史与现状  13-15
  1.3 研究方法与内容  15-16
  1.4 本章小结  16-17
第2章计算流体动力学基础  17-30
  2.1 流体力学的一些基本概念  17-18
  2.2 计算流体动力学理论基础  18-29
    2.2.1 CFD的基本思想和求解过程  19-20
    2.2.2 控制方程  20-21
    2.2.3 数值计算方法  21-23
    2.2.4 网格概述  23-24
    2.2.5 湍流的数值模拟方法  24-26
    2.2.6 离散格式  26-27
    2.2.7 流场的数值计算方法  27-28
    2.2.8 网格的自适应及其实施方法  28-29
    2.2.9 几何守恒律  29
  2.3 本章小结  29-30
第3章 CFD计算前处理  30-41
  3.1 软件工具介绍  30-31
  3.2 动网格策略  31-33
    3.2.1 移动网格(Moving Mesh)  31-32
    3.2.2 滑移交界面(Sliding Interface)  32-33
  3.3 本文仿真工作流程  33-35
  3.4 几何模型  35-37
    3.4.1 车辆模型  35-36
    3.4.2 隧道模型  36-37
  3.5 网格生成  37-40
    3.5.1 网格方案的选择  37-38
    3.5.2 网格及其质量  38-40
  3.6 本章小结  40-41
第4章单车过隧道的计算与分析  41-52
  4.1 稳态流场与采用动网格的瞬态流场对比  41-45
    4.1.1 稳态与瞬态的设置对比  41-42
    4.1.2 流场对比分析  42-45
  4.2 单车过隧道的计算与分析  45-50
    4.2.1 单车过隧道计算环境设置  45-46
    4.2.2 气动力及压力波分析  46-50
  4.3 本章小结  50-52
第5章隧道内会车的计算及分析  52-61
  5.1 会车过程计算环境设置  52-53
  5.2 气动力及压力波分析  53-60
  5.3 本章小结  60-61
第6章隧道内超车的计算及分析  61-71
  6.1 超车过程的研究方法  61-62
  6.2 超车过程计算环境设置  62-63
  6.3 气动力及压力波分析  63-70
  6.4 本章小结  70-71
结论  71-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
附录A (攻读学位期间发表的论文)  78

隧道内复杂工况下汽车高速气动特性研究

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