货车外流场数值模拟研究

论文摘要

近些年由于高速公路的建设以及货车数量的逐渐增加,货车在整个运输行业扮演着重要的角色,货车的动力性、燃油经济性以及操纵稳定性等特性受到越来越多的关注,随之而来的是对气动力有着更高的要求。本文是通过计算流体力学软件对货车的外流场进行数值模拟研究,详细考察了外流场特性,同时分析了货车的阻力来源,最后优化结构参数降低气动阻力。本文对货车的气动力特性和外流场特性做了详细研究。首先,采用K-ε模型对Ahmed钝体进行了外流场的数值模拟,并讨论了Ahmed钝体压力分布以及尾部流场,最后将仿真结果和Ahmed钝体实验数据加以比较,相对误差小于5%,满足模拟的精度要求；其次,采用K-ε模型对某款真实货车进行了外流场的数值模拟,对货车的外部流场进行了详细分析,包括货车的压力分布、流线、尾涡结构、摩擦因数和湍动能等,并分析了货车气动阻力的主要影响因素；最后,对货车进行结构参数的研究,分析了导流罩尾部高度、导流罩尾部离车厢前端的距离以及车厢尾部下倾角对货车气动力的影响。在此基础上进行了优化改进,对改进后货车的外流场进行了详细分析,计算出的气动阻力系数和原货车模型计算出的阻力系数进行比较,气动阻力下降15.16%。本文通过模拟计算,详细分析了货车模型的外流场,提出了合理的导流罩尾部高度、导流罩尾部离车厢前端的距离以及车厢尾部下倾角的角度,对货车的减阻有一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 汽车空气动力学的研究方法
• 1.3 汽车空气动力学的发展历史
• 1.4 货车空气动力学研究现状
• 1.5 本文主要的研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 货车空气动力学特性
• 2.1 货车车空气动力学基本理论
• 2.1.1 气动力和力矩
• 2.1.2 货车各个力系数
• 2.1.3 车身表面压力
• 2.2 货车流场
• 2.2.1 货车外流场
• 2.3 空气动力学对货车设计的指导意义
• 2.3.1 空气动力对动力性的影响
• 2.3.2 空气动力对货车经济性的影响
• 2.3.3 空气动力对操纵稳定性的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 计算流体力学基本理论
• 3.1 数值模拟理论
• 3.1.1 流体力学控制方程
• 3.1.2 湍流控制方程
• 3.1.3 湍流模拟方法
• 3.2 数值模拟的实现
• 3.2.1 计算流体动力学求解过程
• 3.2.2 控制方程的空间离散
• 3.2.3 控制方程的时间离散
• 3.2.4 壁面区处理
• 3.3 外流场模拟的边界条件
• 3.3.1 流动入口边界条件
• 3.3.2 流动出口边界条件
• 3.3.3 对称面边界条件
• 3.3.4 壁面边界条件
• 3.4 计算域的网格处理
• 3.4.1 网格的分类
• 3.4.2 网格生成要求
• 3.5 本章小结
• 第4章 Ahmed钝体和货车外流场数值模拟
• 4.1 STAR-CCM+软件简介
• 4.2 Ahmed钝体外流场数值模拟
• 4.2.1 Amed CAD模型
• 4.2.2 计算域和网格划分
• 4.2.3 计算条件设置
• 4.2.4 阻力分析
• 4.2.5 压力分布及流场分布
• 4.2.6 仿真结果与实验比较
• 4.3 货车外流场数值模拟
• 4.3.1 货车CAD模型
• 4.3.2 计算域和网格划分
• 4.3.3 计算条件的设置
• 4.3.4 表面压力分布
• 4.3.5 货车表面y+ 和摩擦因数分布
• 4.3.6 货车外部流场及尾部湍动能分析
• 4.3.7 产生货车阻力的主要原因
• 4.4 本章小结
• 第5章 货车结构参数对外流场影响的研究
• 5.1 改进货车的CAD模型
• 5.2 网格的划分和边界条件的设定
• 5.2.1 计算域的设定和网格划分
• 5.2.2 边界条件的设定
• 5.3 导流罩尾部高度对气动阻力的影响
• 5.3.1 模型与计算域网格划分以及计算条件设的定
• 5.3.2 计算出的阻力系数
• 5.3.3 对称面压力分布比较
• 5.4 车厢离导流罩尾部的距离对气动阻力的影响
• 5.4.1 模型与计算域网格划分以及计算条件设的定
• 5.4.2 不同距离时所求出的阻力系数
• 5.4.3 局部对称面压力分布图
• 5.5 车厢尾部下倾角对气动阻力的影响
• 5.5.1 模型及计算域网格划分
• 5.5.2 不同下倾角计算出的阻力系数
• 5.5.3 货车尾部压力和湍动能分布图
• 5.6 优化后货车外流场数值模拟结果分析
• 5.6.1 货车表面压力分布
• 5.6.2 货车外流场分析
• 5.7 改进前后计算结果比较
• 5.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢