汽车外流场的数值模拟
汽车外流场数值模拟
能够提高汽车 的燃油经济性 。随着计算机技术的飞速发 展 ，Ｃ Ｄ技术被越来越多地应用 到了汽车设计 中。借助于 Ｃ Ｄ软件 Ｆ Ｆ 可 以对 汽车外流场进行数值模 拟 ，从而得到车身表面 的压 力分布 ，外流场 的速度 和压力分布 ，以及求 出车 身受到 的气动 阻 力 和气 动升力值 、风阻系数和升力系数等 。能够通过 图形直观地显示 出汽车的空气动力性 能 ，并可 以依据此来对 车身 的造 型设计进行指导 ，这对于降低成本 ，缩短研发周期 ，提高产 品的 自主开发设计能力具有重要的意义。
关键词 ：Ｃ Ｄ；汽车 ；外流场 ；数值模拟 Ｆ
中 图分 类 号 ：Ｔ ４ １ Ｋ ０ 文 献 ２ １ ）０ ４ ４（ ０ ２ ３—０ ２ ０ ６—０ ３
Ｎｕｍ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｅＥｘ ｅ ｎ ｌ ｒ ｏ ａ ｏ ｎ ｒ ｒｃ ｌ ｍ ｌ ｔｏ ｆｔ ｔ ｒ ａ ｆ ｗ ｒ ｕ ｄ ａ Ｃａ Ｓ ｈ Ａｉｌ
０ 前 言
节 能 、安 全 与 排 放 是 当今 汽 车 工 业 的三 大 课 题 ，而 汽 车 空 气 动 力 学 特性 与这 三大 课 题 紧 密 相 关 。汽 车 空 气 动 力 学 特 性 直 接影 响着 汽 车 的动 力 性 、燃油 经济 Ｉ 生、操 纵稳 定性 、舒适 性 和安全性 ， 因此 ，汽车空 气动 力学 特性 已成 为评价 汽车造 型优
第 ３ 期 ２ １年 ６ ０２ 月
内燃 机
Ｉ ｔ ｒ ａ ｍｂ ｓｉ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｓ ｎｅｎ ｌ Ｃｏ ｕ ｔ ｎ ｉ ｅ ｏ
Ｎｏ ３ ．
Ｊ ｎ２ １ ｕ．０２
摘要 ：随着地球 上 Ｅ益枯 竭的石油资源 ，石油价格持续上涨 ， 目前 ，越来越多 的国家关注于汽车 的空气动力学性能 ，以期 ｔ
汽车外流场的数值模拟
汽车外流场的数值模拟宁燕，辛喆中国农业大学， 北京 （100083）E-mail ：rn063@摘 要：利用CFD 方法，运用FLUENT 软件对斜背式车型的外流场进行了数值模拟，并对结果进行了处理与分析。
研究了车身周围涡系的三维结构和车身表面分离流的情况，表明由于车身前后的压力差和主流的拖拽作用等，在汽车尾部形成了极其复杂的涡系。
关键词：汽车空气动力学；CFD ；车身外流场；FLUENT1. 引 言汽车空气动力学的研究主要有两种方法[1]：一种是进行风洞实验，另一种是利用计算流体动力学（CFD ）技术进行数值模拟。
传统的汽车空气动力学研究是在风洞中进行实验，存在着费用昂贵、开发周期长等问题。
另外，在风洞实验时，只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整车流场中任意点的详细信息。
随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿真由于其具有可再现性、周期短以及低成本等优越性而成为研究汽车空气动力学性能的另一种有效方法。
2. 控制方程和湍流模型汽车外流场一般为定常、等温和不可压缩三维流场，由于外形复杂易引起分离，所以应按湍流处理。
汽车外流场的时均控制方程式[2]如下：3,2,1,=j i ；z x y x x x ===321,,；，：u u =1w u v u ==32,平均连续方程：0=∂∂ii x u 平均动量方程：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+∂∂−=∂∂i j j i eff j j j i j x u x u x x p x u u µρ κ方程 ρεκσµµκρκ−+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂G x x x u j t jj j )( ε方程 κερκεεσµµερε221)(C G C x x x u j t j j j −+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂ -1-其中， ji i j j i t x u x u x u G ∂∂⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=µ εκρµµ2C t = µ为动力粘性系数，t µ为湍流动力粘性系数，它的提出来源于Boussinesq 提出的涡粘假定，是空间坐标函数，取决于流动状态，满足：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=−i j j i t j i x u x u u u µρ 其中，j i u u ρ−是由于对动量方程式平均化后得到的雷诺应力项。
基于CFD的轿车外流场数值模拟
文章编号 ：６ ３１９ ２ １ ）６０ ４ －３ １７ －５ Ｘ（０ ０ ０ －０６０
基 于 Ｃ Ｄ的轿 车外 流场 数 值 模 拟 Ｆ
许建 民 ， 戴腾清 刘金武 ，
（ ． 门理工学院机械工程系 ， １厦 福建 厦门 ３ １２ ２ 广州风神汽车有限公 司设备动力科 ， ６０ ４；． 广东 广州 ５ ００ １８０）
济性 和操纵 稳定性 有非 常重要 的影 响 。与风洞试 验
毒 － （ ｏ
去ｐ ）一 （ ＝ ｏ ｐ
量 ， 牛顿 流有 对
ｒ ＝ 一
（ ２ ）
式 中 ： 为源 项 ， 示 催 化器 载体 阻力 ；ｉ ｓ 表 ＂为应 力 张 ｒ ｊ
法相 比， 运用 计算 流体 动 力 学 （ Ｆ 方法 研 究 汽 车 Ｃ Ｄ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓａ ｔ ｌ ，ａｔ ｒ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｏ ｉ ｄ ｌ ｆＭｉ ｉ ｒｉ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓｎ ｉｒ ｐ ｉｓ ｉ ，ｔｅ ｍｏ ｅ ｉ ｉ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔｉ ｒ ｃｅ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｌ ｍｏ ｅ ｏ ｎ ｓ ｓ ｌ ｅ ｙ ｕ ｉｇ Ｕｎｇ ａ ｈ ｃ ．Ｆ ｍｔ ｈ ｄ ｌ ｓ ｍ— ｉ ｓ ｄ Ｃａ ａ ｓ ｐ ｆｅ ｏ ｒ— ｒｃ ｓ ｉ ｇ ｂ ｏｔ ｒ ｍｂ ｔ ｔ ｅ ｈ ｏ ｕ ｉ ｇ ｄ ｍａｎ ｉ ｇ ｉ ｄ ｄ，ａ ｄ ｔ ｒ ｅｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｏ ｄ ｆｒｐ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｙ ｓ ｆ ｌ ｎ ｗａｅ Ｇａ ｉ，ｈ ｎ ｔｅ ｃ ｍｐ ｔ ｏ ｉ ｓ ｒ ｅ ｎ ｄ ｎ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｎ ｍｅ ｃ ｓｍｕ ａｉ ｆ ｌ ｉｌ ｏ ｓｅ ｄ ｏ ｓｃ ｒｉ ｄｏ ｔ ｒｔｅ ｃ ｒ ｄ ｌ ｙｕ ｉ ｇ Ｃ Ｄ ｏ ｆ ａ ｅ Ｆ ｕ ｎ ．Ａｔ ａ ｔ ｈ ｒ ｅｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｏ ｉ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅｆ ｌ ｔａ ｙ ｆ ｗ ｗａ ａｒｅ ｕ ａ ｌ ｏ ｆ ｈ ｍｏ ｅ ｂ ｓ Ｆ ｆ ｏｔ ｒ ｌ ｅ ｔ ｎ ｓ ｗ ｓ ，ｔ ｅｔ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｌ ｃｔ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ ｌ ｈ ｖ ｙ ｉ ｆｒ ｔｅ ｃ ｒｍｏ ｅ ｒ ｂａ ｎ ｄ ｏ ｈ ａ ｄ ｌａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ．Ｔｈ ｐ ｒ ａ ｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｉｕ ｌｂ ｓｓｆｒｔ ｅ ｂ ｓ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｄ ｓｇ ｆｃ ｒ ． ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｒ ｖ ｄ ｓ ａｖ ｓ ａ ａ ｉ ｏ ｈ ｅ ｔ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｉｎ ｏ ａｓ ａ
汽车外流场数值模拟及优化设计
ｏｆ
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ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｈａｐｐｅｎｅｄ耐琥ｅ ｅｎｄ．ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒ，ｍａｋｉｎｇ ｄｒａｇ ａｎｄ
（３）设置固壁边界条件：车身表面和运动地面都设为壁面边 界，车身表面没有速度，地面沿茗正方速度分别为Ｖ＝８０Ｋｍ／ｈ、
９０ｋｍ／ｈ、１００ｋｍ／ｈ、１ｌＯｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ。
３仿真模拟结果分析
通过有限元仿真得出轿车尾部流场分析结果，主要是对称 面上的速度矢量图和压力云图，同时可以得到汽车尾部模型的阻 力系数和升力系数。 空气阻力系数是评价汽车空气动力学性能的重要指标。主要 包括阻力系数Ｑ，升力系数ｃｆｏ气动阻力由式（６）和升力式（７）求 出，其中，Ａ为轿车在ＹＺ平面的投影面积，经计算Ａ＝０．９８７７４ｍ：。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈ
ｕｓｅｄ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔ
基于准k_v_2_LES模型的汽车外流场数值模拟_汪怡平
16
=min (d, C ) d DES
=max( x, y, z)
式中，Gv、Yk 为湍流生成项和耗散项 t 为时间，uj 为速度，xj,k 为笛卡尔坐标系， 为分子运动粘度， 为修改后的湍动粘度， S 为应变张量， fv 为粘性阻
Aerodynamic Simulations of Vehicle by Using the Hybrid Semi k - - v 2 /LES Model
WANG Yiping1, 2 GU Zhengqi2 DENG Yadong1 SU Chuqi1
(1. School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070; 2. Key State Laboratory of Advanced Technology and Manufacture for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082)
Abstract：The hybrid RANS/LES approach is employed to compute the exterior time-average flow field of a vehicle. The
three-equation k - - v 2 turbulence model is employed as the RANS part in current research. To overcome the numerical oscillation induced by the normal stress ( v 2 ) transport equation and the elliptic equation which is used to constructed relaxation function f22 in the k - - v 2 model, the algebraic form of the normal stress ( v 2 ) equation and the new eddy-viscosity equation are derived, based on the Boussinesq approximation and non-dimensional analysis. Then, the new hybrid semi- k - - v 2 /LES model which can be used to compute the vehicle exterior flow field is obtained. The control equations of the new model employed the same k and equations as those in the realizable k - /LES model in commercial software Fluent, with an algebraic equation for v 2 and new eddy-viscosity programmed by Fluent-UDF. The comparisons between the results obtained by semi- k - - v 2 /LES model and other hybrid RANS/LES models, entire LES and wind tunnel experiment show that the new model is more accurate and efficient to simulate the flow separation around the body surface and the wake vortex.
汽车外流数值模拟
机械学院1206班王栋1200561汽车外流数值模拟一、学习目的：1.学会利用Gambit创建几何模型，生成合格质量的网格。
2.学会利用Fluent执行CFD程序，得到y +值的车体,以及一些基本的数值数据,如、静压区,速率区和阻力与速度的升力系数。
二、程序：打开Gambit第一步：创建几何模型a)输入在作业B中表格1提供的点坐标来建立车体的顶点。
b)使用NURBS创建车体边缘。
c)创建车体的面（定义为Face1）。
d)创建计算领域的顶点（见表格2）。
e)创建计算领域的4条边。
f)利用矩形的4条边创建计算领域的面（定义为Face2）。
g).利用Boolean运算从Face 2减去Face 1。
注意：不要保持retain Face1。
h)作为单独的几何文件保存数据：File → Save As, … 打开Save As 列:在ID窗口, 输入文件名例如1-car-geo，然后点击Accept.注意：A .dbs数据库文件，例如1-car-geo.dbs应保存在Gambit运行文件夹里，例如D:\Temp第二步：创建网格a) Edge mesh是车体的边缘。
为简单起见，我们使用统一的网格运算法则。
图1显示车体的每边网格数量,以供参考。
图1 车体每边的网格数量b)创建边界层网格Mesh → Boundary Layer,打开Create Boundary Layer l:- U选择Definition对于Algorithm, 选择Uniform 作为默认设置对于First row (a),输入: 0.0029对于Growth factor (b/a), 输入: 1.09对于Rows (层的数量),输入: 6选择Wedge corner shape.注意：边界层网格的First row (a)值的计算在实验指导第五页上。
在Attachment现在边缘用Shift_left-clicking创建车体. 点击后边界层将创建在每一个边缘上。
基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化
ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｆ ｌ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｉ ｓ ｏ ｐ —
Ｈｕ ａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｏ
（ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐｌ ａ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｄｏ ｎ ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ， Ｓ ｈ ｉ ｙ ａ ｎ ， Ｈｕ ｂ ｅ ｉ ４ ４ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ Ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ １ ｉ ｆ ｔ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｔ ａ ｉ ｌｉ Ｓ ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｅ ｄ ， ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｏ ｄ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ；ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ １ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
基于CFD的汽车外流场数值模拟及优化
分类号 密级U D C 编号硕士学位论文基于CFD 的汽车外流场数值模拟及优化二零一五年五月研究生姓名： 查朦导师姓名： 苏小平申请学位级别： 硕士一级学科名称： 机械工程二级学科名称： 机械制造及其自动化Numerical Simulation and Model Optimization For Carbody Base on CFDA Thesis Submitted toNanjing Tech UniversityFor the Academic Degree of Master ofEngineeringBYMeng ZhaSupervisor: Prof. Xiaoping SuMay. 2015学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：日期：学位论文的使用声明□1、南京工业大学、国家图书馆、中国科学技术信息研究所、万方数据电子出版社、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文并通过网络向社会提供信息服务。
论文的公布（包括刊登）授权南京工业大学研究生部办理。
（打钩生效）□2、本论文已经通过保密申请，请保留三年后按照第一项公开（打钩生效）□3、本论文已经通过校军工保密申请，不予公开（打钩生效）研究生签名：导师签名：日期：日期：硕士学位论文摘 要随着汽车工业技术及经济的发展，人们对汽车安全性、舒适性要求越来越高，而这很大程度上取决于汽车空气动力特性。
由于近年来数值计算理论及计算技术的发展进步，在新车开发初期越来越趋向于采用计算流体力学对汽车空气动力性能进行测试计算，该方法试验周期短、耗资少。
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摘要随着汽车技术的发展以及道路交通的完善，汽车实用车速大大提高，汽车空气动力学成为汽车行业的重点研究方向之一。
本文采用CFD方法对某轿车进行三维外流场的数值建模。
本课题运用UG绘制出实车的1:1三维模型。
在建立仿真模型过程中,考虑到仿真时间与计算机硬件问题,对实车部分细节做出相应的简化。
然后利用ICEM软件建立有限元模型。
本文采用四面体+三棱柱网格混合方案划分网格,并采用密度体包围整个轿车,以对其周围计算区域进行网格加密处理,并对轿车表面面网格做局部细化。
选用Realizablek- 湍流模型,并在其近壁面采用标准壁面函数以提高车身表面流动的模拟精度。
最后利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图和速度矢量图,通过分析整车表面速度和压力特性,了解气流运动规律和情形。
并通过仿真所得结果计算出该轿车的气动阻力系数与升力系数。
根据本文仿真结果并结合轿车造型可以看出,对于轿车,由于流线型造型特点,其气阻力系数相对较小,但是气动升力系数不稳定。
而对于轿车这种高速行驶的汽车,出于安全与稳定性考虑,降低其气动升力比减小气动阻力有着更实际的意义。
关键字:计算流体力学数值模拟气动阻力气动升力AbstractAs the development of automobile technology and improved transport facilities, The vehicle`s Practical Velocity has greatly been improved, vehicle aerodynamics has already been one of the key research directions in the automotive industry. this paper builds a three-dimensional flow field numerical simulation model for a coupe with the existing method of CFD.The project builds the three-dimensional model of real car (l:l) with the use of UG. During the modeling process, there are some simplifications for some of the details of real car, thinking about the simulation time and computer hardware problems. Then this essay builds the finite element model with the ICEM software. In this paper, tetrahedral + Prism hybrid mesh program was used, and the whole couple surrounded by density Body to define the grid surface area. Realizable k- turbulence model used, and Standard wall function near the wall to enhance the body surface flow simulation accuracy. Finally, after the analysis of the model with the use of FLUENT,we obtains the body surface pressure distribution and the velocity vector. through the analysis of vehicle’s surface speed and pressure characteristics, we can understand the laws and situations for air movement. It’s shows that the simulation results obtained meets the flow field characteristics and laws. Then the coupe’s aerodynamic resistance coefficient and lift coefficient can be calculated from the result of the aerodynamic simulation.According to the simulation results and the coupe modeling we can seen that, for the coupe, due to its aerodynamic modeling features, the aerodynamic drag coefficient is relatively small, while the aerodynamic lift coefficient instable. For such a high-speed coupe car, out of considerations of security and s tability, it has more and more Practical significance to reduce the aerodynamic lift than aerodynamic drag.Key words: Computational fluid dynamics: Numerical simulation: Aerodynamic Resistance coefficient; Aerodynamic lift coefficient;目录1 绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 汽车空气动力学的研究方法 (1)1.2.1 实验研究 (2)1.2.2 理论分析 (2)1.2.3 数值计算 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 国外空气动力学发展现状 (3)1.3.2 国内空气动力学发展现状 (4)1.4 本文研究内容 (5)1.4.1 研究目标 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.4.3 技术关键和难点 (6)2 汽车空气动力学气动特性研究 (7)2.1 空气动力学基本理论 (7)2.1.1 空气的基本物理属性 (7)2.1.2 气流运动的基本方程 (9)2.1.3 粘性流基础 (10)2.2 汽车的气动力与气动力矩 (12)2.3 气动力对汽车性能的影响 (15)2.3.1 气动力对汽车动力性的影响 (15)2.3.2 气动力对燃油经济性的影响 (16)2.3.3 气动力对汽车操纵稳定性的影响 (17)2.4 汽车流场的组成 (17)3 汽车外流场数值模拟理论基础 (19)3.1 汽车外流场的基本假设 (19)3.2 基本控制方程 (19)3.2.1 质量守恒方程(连续性方程) (19)3.2.2 动量守恒方程 (20)3.2.3 能量守恒方程 (20)3.3 数值离散化方法 (21)3.3,1 常用数值离散化方法 (21)3.4 湍流模型 (25)3.4.1 湍流模型的分类 (25)3.4.2 常用湍流模型 (25)4 汽车外流场的数值模拟 (28)4.1 几何模型的建立 (28)4.2 计算区域的确定 (28)4.3 网格的划分 (29)4.4 边界条件的确定 (30)4.5 求解器的选择 (30)4.6 收敛性判断 (30)4.7 汽车数值结果模拟与分析 (31)4.7.1 车身外流场分析 (31)4.7.2气动主力计算及性能分析 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A英文原文 (43)附录 B汉语翻译 (50)1 绪论1.1 研究背景与意义汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及其与汽车相互作用的一门科学。
汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一,对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性都有着直接的影响。
它是指汽车在流场中受到阻力、升力、侧向力三个气动力及其相应的三个力矩的作用而产生的车身内部及外部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、驾驶室内通风、空气调节等特性。
汽车的流场包括内流场和外流场。
由于高等级公路的发展,汽车车速的提高对汽车的操纵稳定性、安全性、舒适性提出了越来越高的要求,特别是由于世界能源危机,石油价格上涨,使得汽车节能技术受到了前所未有的关注。
对于高速行驶的汽车,气动力对其各性能的影响有着至关重要的作用,所以良好的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。
而改善驾驶室的内流特性(驾驶室内通风、散热、取暖、除霜等以及发动机冷却系空气动力特性),在减小气动阻力的同时,降低空气动力噪声,则是保障舒适性的前提随着我国汽车行业高速公路建设的快速发展,汽车车速也随之不断提高,汽车空气动力学在我国汽车工程技术领域的应用也越来越广泛。
我国作为一个人口大国,汽车的需求量,尤其是商用/家用轿车的需求更是巨大的。
随着中国国内轿车保有量不断上升,加之针对2008年金融危机而出台的相关政策的影响,消费者的消费观念愈加趋于理性,他们将目光投向了汽车本身的性能,特别是对动力性和经济性的要求越来越高,汽车行业竞争也变得越来越激烈。
因此,汽车的空气动力性将是决定汽车在当今市场的激烈竞争中取胜的重要决胜点。
设计具备良好空气动力性能的现代汽车,无疑是提高其动力性和经济性的重要首选途径,尤其是对于高速行驶的汽车来说,良好的空气动力稳定性显得尤为重要。
因此,改善和提高汽车的空气动力学特性是具有极其重要的现实意义的。
1.2 汽车空气动力学的研究方法汽车空气动力学目前的研究方法按研究手段可以分为实验研究、理论分析和数值计算三种。
1.2.1 实验研究汽车空气动力学试验主要包括模型风洞试验法、实车风洞试验法和实车道路实验法。
实验研究在空气动力学研究中占有十分重要的地位,它可以更真实地模拟汽车实际行驶状况,并可以提供建立理论模型的依据、检验理论及计算结果的准确性和可靠性。
道路试验只有在汽车样车生产出来后才能进行,属于汽车空气动力学实验研究后期的一个手段,风洞试验则能在汽车设计研发早期开展,是汽车开发或已有汽车变型发展过程中内外形设计的重要手段。
但是实验方法受限于试验环境、实验手段、设备和经费等物质条件。