基于气动减阻和散热需求的主动格栅优化设计

主动进气格栅可通过控制车辆前端进气开口面积提升燃油经济性。不同车辆行驶工况下的格栅转角和风扇转速控制是主动格栅研究中的一大难点。首先结合风洞试验与数值仿真验证了计算流体力学模拟与发动机冷却系统一维模型的精度,其次通过最优拉丁超立方抽样和神经网络拟合方法构建了主动格栅转角、冷却风扇转速、车速与阻力系数、冷却风速间的近似模型,将其输入至冷却系统模型中,根据实时的发动机冷却需求提供空气流量,并选择阻力系数最小的转角组合进行控制,最终可实现在不同环境温度下使循环工况燃油降比在0.6%～0.7%。     

低风阻分体式电动汽车造型设计

分体式造型是汽车外形设计的全新领域,在造型方面具有突破性的意义,但突出的问题之一是风阻往往比普通汽车更高,因此如何做到低阻化是一个新的课题.以A级车为参考车型级别,建立了分体式低风阻基本造型,并考虑了人机空间等基本实用性因素.之后通过造型不断细化与空气动力学仿真迭代方法,最终获得了风格鲜明的分体式造型,并使其风阻系数C_D仅为0.224 9,达到了预期目标,具有应用与推广价值.     

汽车风洞试验段非定常流场的试验

采用三维热线风速仪测量了不同工况下某全尺寸汽车风洞1∶15模型风洞试验段内的非定常流场.对测点自功率谱密度(PSD)分析表明,对于喷口风速小于37m.s-1的低速工况,湍流能量主要集中在20Hz附近,当喷口风速为25m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大;喷口风速大于37m.s-1的高速工况,湍流能量主要集中在43Hz附近,当喷口风速为41m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大.无论是高速工况还是低速工况,气流从喷口到收集口处脉动速度的振动幅值都逐渐增加,且在高速工况下的脉动速度幅值增量明显大于低速工况.通过试验还发现脉动速度在收集口角度为0°的工况下的振动能量远高于收集口角度为15°的工况.     

为获得混合动力汽车起动电机输出转矩的台架试验和神经网络构建

起动电机是构成混合动力汽车智能起停系统的重要部件.为了研究该系统中的电机输出转矩,利用发动机台架,啮合模拟台架,驱动模拟台架进行了实验,得到了起动电机的转矩输出特性,并验证了两个模拟台架试验的可靠性.随后以发动机台架试验结果为基础,构建了神经网络模型,能够很好的预测起动电机的输出转矩,克服了常规模拟仿真中数学模型不准确的问题,为进一步利用神经网络研究起停系统奠定了基础.     

D型体主被动结合流动控制研究

以简化准三维模型D型钝体为研究对象,通过数值仿真手段,利用零质量合成射流器理论进行了D型体主动流动控制和主被动结合的流体控制研究发现,在尾部分离点进行射流控制时,高频射流有助于钝体减阻,减阻效果可以达到1.78%。主被动结合的锯齿和射流加强了尾迹三维流动结构,破坏了准三维模型的展向流动结构,使得减阻效果较好。采用主被动结合控制的射流为低频和高频时减阻效果为20.86%和21.20%。     

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。     

类后视镜钝体尾迹分析

后视镜是汽车前侧窗区域重要的气动噪声源,认识后视镜尾迹特征对研究后视镜气动噪声的产生机理有重要意义.搭建类后视镜钝体尾迹风洞试验平台,通过表面油流、热线风速仪和粒子成像测速仪(Particle Image Velocimetry,PIV)测量了类后视镜钝体的时均和瞬时尾迹.通过本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)识别后视镜尾迹中的大尺度相干结构.试验结果表明:受有限长度特征影响,后视镜尾迹与有限长柱体的尾迹特征类似,尾迹中存在交替涡脱落,尾迹涡脱落特征频率小于0.2.受端部下洗气流的影响,尾迹涡脱落特征频率在流向和展向分布不均.POD分析结果验证了交替涡脱落的存在,交替的涡脱落导致了尾迹回流区的流向和展向振荡现象.因此,后视镜尾迹与有限长柱体的尾迹类似,尾迹涡脱落主要受有限长特征的影响.     

基于遗传算法的带内流低阻车身气动优化

通过建立18个参数的参数化模型,并开发了基于遗传算法的全局优化方法,展开带内流的车身气动优化,获得了气动阻力系数为0.261的低阻优化外形.比较最优车身的仿真和试验结果发现,气动阻力系数仅相差4%,表面压力系数和不同截面速度分布趋势相同、量值相差较小,表明所采用数值仿真方法是正确、可行的.利用本征正交分解对车身尾部截面流场进行能量分解发现,前9阶模态占总能量的54.5%;能量占比最高的1阶模态呈现出尾部拖曳涡的形态,并且拖曳涡的涡核位置不随时间变化而变化.建立了带内流的全局优化方法,获得了经试验验证的带内流低阻车身,为相关产品开发提供借鉴方法和外形参考.     

耦合气动参数与车身姿态变化的圈速仿真

以大学生方程式赛车为对象展开圈速仿真研究,综合考虑离地间隙和偏航角与阻力系数、升力系数之间的关系,采用试验和数值仿真相结合的方法,研究行驶中车身姿态变化对方程式赛车气动特性的影响。首先,对现有车辆气动模型进行修正,再利用龙格库塔方法对速度积分进行圈速仿真,并与商业软件Optimumlap的仿真结果进行对比。结果表明,基于气动参数与车身姿态耦合关系建立的模型对于圈速仿真有着更为准确的描述;忽略气动变化影响会高估过弯时轮胎的抓地力,且在不考虑载荷转移的同时低估赛车的加速性能,从而高估阻力对于圈速的影响;考虑载荷转移的模型,不同赛道对阻力的敏感程度不同。为改进赛车空气动力学设计提供参考。     

基于矩阵风扇的车辆前端换热优化

为提升实车散热器的换热性能,在传统乘用车单风扇系统的基础上设计出5种风扇矩阵型式,利用数值仿真分析不同矩阵型式对散热器换热性能的影响,并提出差速控制策略,进一步优化车辆冷却前端换热。结果表明:不同矩阵风扇型式对散热器换热性能的影响不同,其中矩阵风扇(风扇数N=6)所实现的换热量最大,为最优的布置型式;对于矩阵风扇(N=6),当低温区风扇以较高转速运行时,能够减少怠速工况下车辆前端的热回流,降低发动机舱内部的平均温度,有效改善发动机舱的热环境;同时在怠速工况下当转速比为3时,散热器换热量达到6.61kW,相比匀速工况提高1.71%,而当车辆低速行驶且转速比为1.8时,散热器换热量为10.73kW,相比匀速工况增加1.2%;此外,低温区风扇以较高转速运行还能够抑制发动机舱内部及护板下方的流动分离,并降低车辆低速行驶时发动机舱内部流道的沿程阻力。