车身简化对不同轮辐下整车气动阻力变化趋势的影响

针对某A级轿车,首先通过整车风洞试验验证了计算流体力学仿真方法的可靠性,接着基于该数值计算方法,对复杂车身数模进行了封闭格栅、轮拱罩并平顺底部的简化处理,研究了车身简化对不同轮辐工况下整车气动阻力系数变化趋势的影响。结果显示,简化前后阻力系数趋势发生了改变,前后轮和车底部流场出现了明显变化。在此基础上,仅针对发动机复杂的舱内部件进行了不同程度的简化,结果显示,阻力系数趋势对舱内部件的简化也很敏感。因此,在以降低整车气动阻力为目标进行车轮局部优化时,需要谨慎地进行车身的简化工作。     

离鳍对方背体气动特性影响的数值模拟和试验

对基于Fiat New Panda的方背体车身,首先对不同高度和长度离鳍下的整车气动特性进行研究,采用模型风洞试验测量了不同工况下的阻力系数和升力系数,同时采用Star CCM+中k-ε湍流模型进行数值仿真.研究结果表明,离鳍高度覆盖整个C柱时,可以有效地降低方背体车身的阻力系数和升力系数;离鳍使流经C柱两侧的气流分离延迟,降低尾流区的湍流强度,降低能量耗散;方背体尾流区得到更多的压力恢复,降低了前后压力差,进而降低车身阻力系数.然后采用验证过的计算方法对不同形状的离鳍进行了数值仿真,发现不同形状的离鳍均可使方背体汽车的气动性能有所提升.但不规则形状离鳍对于汽车尾部气流造成了一定影响,使得其性能表现不如普通矩形的离鳍.     

受电弓设备对列车气动特性影响的风洞试验

为了充分了解和掌握在强侧风作用下受电弓设备(受电弓和导流罩)对高速列车气动性能的影响,通过风洞试验对强侧风下高速列车运行时的气动性能进行测量和分析.实验结果表明:当侧滑角小于15°时,列车模型阻力系数随着侧滑角的增大而增加,当侧滑角为15°时,阻力系数出现拐点,拐点后阻力系数开始下降,其侧向力系数的绝对值和升力系数随着侧滑角的增大而增加;受电弓设备对头车的影响较小,但可使中车侧向力系数的绝对值及阻力系数明显增加,使尾车的阻力系数明显减小,而侧向力系数明显增加;受电弓设备中“浴盆”式导流罩对高速列车阻力系数的影响强于“挡板”式导流罩的影响,但对升力系数及侧向力系数的影响弱于“挡板”式导流罩的影响.     

侧风作用下汽车外流场气动特性分析

 针对汽车行驶中受侧风的影响问题,通过数值模拟研究了侧风作用下汽车的气动特性。利用三维软件UG 设定某实车模型参数,基于计算流体力学方法对实车模型进行数值模拟,研究侧风作用下车身外流场变化以及不同前车窗倾角对汽车气动特性的影响。结果表明,侧风中汽车外流场不对称,导致空气侧向力系数急剧增加达到0.927,空气阻力系数增加38.5%达到0.392,空气升力系数增加15.6%达到0.281;随着前车窗倾角的增大,车身底部气流在车尾的分离推迟,尾涡数量减少,车身表面正负压区域缩小,空气侧向力及空气升力系数变小,在前车窗倾角为35°时,汽车在侧风中的气动特性最优。     

行人对人行桥三分力系数的影响

以风洞试验方法为主、计算流体力学(CFD)方法为辅,研究不同角度风嘴入流、行人密度和行人横向排列位置条件下的人行桥主梁断面三分力系数的变化规律.结果表明:桥上行人的存在会改变截面周围气流的流态,从而对桥梁断面的静力三分力系数产生显著影响;风攻角在-12°~12°范围内,阻力系数均呈现先增加后减小趋势,负风攻角范围内行人密度是阻力系数变化的主导因素,而正风攻角范围内阻力系数变化受风攻角主导;当风攻角由-12°变化到12°时,小风嘴入流状态下的升力系数和扭矩系数整体逐渐减小,而大风嘴入流状态下的升力系数和扭矩系数整体呈现先增大后减小的趋势,随着行人由迎风侧移动到背风侧,阻力系数略微增大,升力系数显著减小,扭矩系数几乎不变.     

高速气流作用下两级飞行器动态分离过程研究

为研究超声速气流对分离过程的影响,开展了两级飞行器高速气流下动态分离过程的数值模拟,建立了高速气流环境下含空气阻力内弹道模型;基于嵌套网格技术,分析了不同高速气流来流速度及攻角下前级的气动与运动特性,得到了前级典型气动参数、动态分离速度及静动态分离速度差异变化规律.结果表明:在本文研究范围内,静动态分离速度差异在不同高速气流来流速度和攻角条件下变化明显.随高速气流来流速度增大,前级分离结束时刻的阻力系数、升力系数和动态分离速度减小,速度差异因子增大;随攻角增大,阻力系数、升力系数和分离速度增大,速度差异因子减小.      

船用水翼抽吸增效作用的影响因素分析

为揭示船用水翼抽吸增效的水动力性能,采用Fluent软件进行了相关影响因素的分析.数值模拟采用NACA0012对称翼型,湍流模型选用kω-SST.结果表明:安装抽吸口可改善水翼的水动力性能;吸口数目增加,升力系数下降,阻力系数先降低后增加,存在最佳的升阻比;两吸口距离增大,升力系数下降,水动力性能随之下降;吸口位置后移,升力系数增加,阻力系数降低,水动力性能随之提高;吸口宽度增加,升力系数、阻力系数、升阻比均呈波动状态.     

旋转车轮对整车气动性能的影响评价

为研究整车轮边流场结构特征,以不同尾部造型形式的简单车体和复杂车体为研究对象,分别对静止和旋转车轮工况进行了数值研究.计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.针对数值计算结果,通过对静止及旋转车轮周围流场的流动情况、表面压力系数、气动阻力系数和升力系数等数据的详细分析,得到了车轮旋转会对轮边流场和整车流场产生极大的影响,整车气动阻力和气动升力下降,气动性能得到改善.     

下击暴流作用下不同深宽比的高层建筑风荷载

为研究下击暴流作用下高层建筑的风荷载特性,采用冲击射流装置对5种不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了深宽比和径向距离对模型局部和整体风荷载的影响.结果表明:层阻力系数沿高度方向呈下大上小的分布特征,最大层阻力系数出现在0.25H(H为建筑高度)左右,层脉动升力系数沿高度变化较为平缓;随深宽比的增大,层平均阻力系数略有减小,层脉动升力系数显著增大,模型整体的平均阻力系数和顺风向弯矩系数略有减小,整体的脉动升力系数及横风向弯矩系数明显增大;随径向距离的增大,层平均阻力系数迅速减小,层脉动阻力系数和脉动升力系数先增大后减小,模型整体的平均阻力系数和弯矩系数迅速减小,整体的脉动阻力及升力系数先增大后减小.     

风沙环境对NACA-0012翼型气动性能的影响

采用离散相模型对风沙环境下风力机传统对称翼型NACA-0012的气固两相流动进行数值模拟,结合k-ε湍流模型求解雷诺时均N-S方程,研究风沙环境下NACA-0012翼型的升、阻力系数随固相质量浓度和颗粒中值直径变化的规律.结果表明,同一中值直径时,固相质量浓度对翼型的升、阻力系数影响较小,随着固相质量浓度增大,翼型的升力系数先迅速增大了洁净空气时的8.2%左右,然后趋于稳定,当固相颗粒质量浓度大于1.02kg/m3后,升力系数再持续增大;阻力系数先略有减小,然后趋于稳定,当固相颗粒质量浓度大于1.02kg/m3后,阻力系数再持续增大.同一固相质量浓度时,沙尘的颗粒直径对风力机翼型的升、阻力系数影响较大,颗粒直径越小,对翼型的升、阻力系数的影响越大,随着颗粒中值直径的增大,翼型的升力系数先迅速减小再逐渐增大,最后趋于稳定;阻力系数先迅速增大再逐渐减小,然后略有增大,最后趋于稳定.     

旋转孤立车轮局部流场的影响评价

以简单孤立车轮为研究对象,在静止和旋转工况下,对有侧偏角和无侧偏角时车轮周围的流场结构进行数值分析和试验验证.计算采用定常雷诺时均Navier-Stokes方程,试验在1∶15的模型风洞中进行.不同工况下车轮周围流场、表面压力系数、气动阻力系数和升力系数等数据的分析结果表明,车轮的旋转会对流场产生巨大影响.车轮旋转使总体压差减小,气动阻力和气动升力下降,气动性能得到改善.     

车轮宽度对轿车风阻的影响

针对某三厢轿车,采用计算流体动力学(CFD)数值计算方法,研究车轮宽度对整车气动性能的影响.通过综合分析不同宽度孤立车轮周围的流场结构变化及具有不同宽度车轮的整车周围流场的结构特性,得到结论:车轮宽度每减小5%,单车轮模型气动阻力约减小9.2%,整车模型气动阻力约减小2%.这是因为减小车轮宽度可以减小车轮两侧的气流分离,缩小尾部涡流区域,降低车轮及汽车尾部湍流强度,从而有助于降低车轮及整车气动阻力.     

具有流线型凸包的风力发电机气动特性

以300 W水平轴风力机叶片为研究对象,设计流线型凸包结构,并应用于风轮模型,结合滑移网格技术,对比研究光滑型与流线凸包型风力发电机的绕流场特性以及气动载荷特性,分析了三维绕流场内速度、压力、流线等的变化规律,以及不同风速下风力机的阻力系数及其功率的时程变化规律,探讨了流线凸包型与光滑型风轮在不同风速下运行时绕流特性的差异。结果表明:流线型凸包对流场有较好的改善结果;当风速增大时有明显的减阻效果,最大减阻率为19.53%,但其波动量增加为1.51%;凸包型风轮输出功率明显高于光滑型风轮,但随着风速增加,功率增加率也逐渐减弱。研究结果对水平轴风力机非定常气动特性研究及应用具有重要意义和价值。     

低雷诺数下附属棱柱的圆柱绕流减阻

目前圆柱绕流减阻方案的探索一直是绕流研究的热点,有关棱柱作为扰流柱对圆柱减阻效率影响的研究却较少.基于不可压缩黏性流动Navier-Stokes控制方程,利用OpenFOAM对附属棱柱下圆柱绕流问题进行数值模拟.在圆柱上游或下游设置双扰流棱柱,研究了雷诺数为200时不同角度、间距比的棱柱对其升力、阻力系数和涡脱频率的影响.结果表明:附属棱柱能有效改善圆柱表面的压力分布,降低压差阻力;上游设置棱柱时对圆柱的减阻效率可以达到37.21％,较下游设置棱柱的减阻效率更高;下游设置棱柱时对圆柱升力的抑制效率高于上游棱柱,可以达到99.86％;上下游同时设置棱柱时对圆柱升力、阻力的抑制效果能得到进一步提高,较单圆柱平均阻力系数可以降低54.63％,升力系数可以降低99.94％.     

次口径非对称鸭舵对弹道修正弹气动特性的影响

为研究次口径非对称鸭式布局的弹道修正弹气动特性,基于网格装配的方法建立了修正弹气动力计算模型,并通过风洞试验对超音速条件下的计算结果进行验证,从鸭舵绕流、升阻系数和滚转力矩方面分析鸭舵对修正弹气动参数的影响. 研究结果表明,次口径非对称鸭舵使修正弹相比传统弹丸阻力系数增加达14%,但操纵舵引起的升力使弹丸的射程衰减率降至10%. 鸭舵安装角对修正弹升力影响效果大于阻力. 通过工程简化模型将升力分解为操纵舵提供的升力和由于鸭舵的存在使弹体产生的升力两部分,拟合出鸭舵对弹体升力的干扰因子.      

具有不同辐板车轮的空气动力学特性研究

应用计算流体力学的方法，对具有不同辐板的车轮外流场进行了数值模拟，并与试验相对照，讨论不同的车轮辐板所引起的气动特性的变化．根据车轮上辐板的不同，对于同一型号的8种车轮模型分成3组进行研究.通过对比分析不同车轮的表面压力系数以及车轮周围的涡流等流场特性，可以得知：车轮辐板的改变不仅影响车轮的局部流场，还会影响整车的气动特性．模拟结果表明，车轮阻力系数改变是由其周围流场中涡流特征的变化所致.     

串列方形钝体构筑物绕流的数值分析

采用二阶CBS有限元法对雷诺数Re=100时不同间距的串列方形钝体构筑物的绕流进行数值研究,分析了间距比s（构筑物中心距离与构筑物宽度d之比）对流场的影响,以及平均阻力系数、阻力系数均方根、升力系数均方根、斯特劳哈尔数和压力系数随间距比变化的情况. 结果表明：间距比对串列方形钝体构筑物的流场影响显著;当2个方形构筑物为串列情形时,可有效降低流体阻力;当临界间距比在4.50~4.75时,其各项力学性能指标将发生跳跃;由于上游构筑物尾流的影响,下游构筑物的升力系数均方根总大于上游构筑物而表现出更强的脉动性,且2个构筑物表面压力分布的差异显著.     

前轮扰流板高度对复杂轿车风阻的影响

以较真实的复杂车体为研究对象,分别对旋转与静止工况下,前轮扰流板高度对整车气动阻力的影响进行了数值研究,计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.针对数值计算结果,对静止与旋转车轮周围流场的流动情况、车身阻力积分曲线等数据的详细分析,得到结论:旋转与静止工况下,整车气动阻力系数均随车轮扰流板高度的增加呈现先减小后增大的趋势,前轮扰流板有利于整车气动性能和机舱散热性能的提高,但须对其高度进行优化,合适高度的前扰流板可使整车气动阻力系数较小且机舱进气量较大.     

较高雷诺数下复杂断面柱体绕流的数值模拟

To simulate numerically the flow past a cylinder, the authors use a mixing method of FEM and FDM for solving the non-steady Navier-Stokes equations in two-dimension. The mesh of computing domain which includes a cylinder with complicated section is generated by composite technique. The results about the flow pattern around the cylinder, pressure distribution on the surface of cylinder and the coefficient of lift and drag agree well with experiment data.