基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化

利用CATIA软件建立爱丽舍轿车车身的三维模型,在ANSYSWorkbench软件中建立其有限元模型。导入fluent软件中,采用Realizable志_￡湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,得出其风阻系数和升力系数,并根据数值模拟的结果对该款车的外部流场的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车车身外形进行优化设计,减小了风阻系数和升力系数,同时也减弱了轿车尾部的涡流运动,获得较好的空气动力学特性。     

侧风状态下重型卡车气动性能研究

为了研究侧风状态对重型卡车气动性能的影响,建立计算流体动力学模型研究不同横摆角下卡车外流场的变化,随后提出添加横向和纵向隔板作为减阻导流装置,分析两种结构对卡车气动特性的影响,并通过1∶7.5卡车比例模型的风洞试验验证数值仿真模型的有效性。结果表明：侧风状态下重型卡车的风阻、侧向力和升力系数均随横摆角的增大而增大;在货箱前部添加横向或纵向隔板能够切断货箱前方间隙内流体的连续性,能不同程度地降低侧风状态下卡车的风阻系数。与添加纵向隔板相比,添加横向隔板的减阻效果更加明显,横摆角为12°时相对于原车模型的风阻系数下降率可达19.6%。但两种结构对侧向力系数和升力系数的影响很小,说明两种减阻结构在提升燃油经济性的同时,也可保证行车安全性。     

会车瞬态气动特性分析与研究

以某轿车实车为研究对象,应用滑移交界面和动网格技术对该轿车会车过程中的瞬态外流场进行了数值模拟,得到了会车过程中该轿车的阻力系数和侧力系数的瞬态变化趋势,结合流场剖面上的压力场和速度场,分析了这种变化趋势的原因,总结了会车过程中汽车瞬态气动特性.研究结果表明:在会车过程中两车周围的流场相互影响,车身受到的气动力在极短的时间内发生剧烈变化.当轿车与轿车会车时,轿车的气动阻力系数呈负正弦,侧力经历两个波峰和一个波谷.二者的变化不同步.当轿车与卡车会车时,轿车的阻力系数、侧力系数的变化趋势更复杂、更剧烈.     

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.     

强风局部地貌下高速列车非定常气动性能

基于三维、非定常、可压缩雷诺时均N-S方程和标准κ-ε双方程湍流模型,采用滑移网格方法,对列车通过隧道进入风区后,风-车-桥-地形耦合作用下高速列车气动性能进行模拟。模拟线路周围的复杂地形地貌,针对8节编组的和谐号高速列车以350 km/h速度在强侧风复杂地貌下的运行进行研究。研究结果表明:地形显著改变沿线风速分布情况,并通过改变风速来影响列车气动性能;列车在驶出隧道突入风区时气动力急剧增加。此后,列车沿风区线路运行时,所受侧向力变化明显,其中头车侧向力变化最小,尾车最大;与侧向力相比列车升力变化不明显,头车升力变化最大,尾车升力变化最小。通过对沿线风速的监测,可知地形对沿线风速改变显著。     

基于流固双向耦合的轿车气动与流致振动特性

传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用，致使得到 的结果与真实情况不符. 以某实车模型为研究对象，对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真， 并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比，结果表明：流固耦 合效应对气动升力影响较大，随车速增加两种仿真方法差异率可达到 38%，直接关系到车辆 稳定性及安全性 . 利用流固耦合 CFD数值仿真探究整车风激振特性，证明了实车振动幅值主 要影响因素为风激振频率及作用力大小. 进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风 激振现象，从而提高乘员的舒适度.     

轿车会车时气动特性的数值模拟

以标准的SAE1∶4模型为研究对象,应用数值模拟方法对轿车的瞬态会车过程汽车空气动力特性进行研究.使用湍流模型中对于瞬态项的离散化方法,结合计算流体力学中用于瞬态模拟计算的滑移网格技术,对瞬态会车过程中流场变化进行了数值模拟研究.在国家法规允许的1倍车宽横向间距的情况下,捕捉会车过程中单车的阻力系数、升力系数、侧向力系数的瞬态变化,针对流场剖面上的静压场、模型表面的压力场等进行分析,总结了会车过程汽车瞬态气动特性.     

稳态侧风作用下类客车形体气动特性分析

以提高客车高速行驶时侧风安全性为目的,利用计算流体动力学方法建立类客车形体稳态侧风工况下的数值计算模型,研究其在不同横摆角下的空气动力学特性.计算结果表明:气动升力系数和气动侧力系数随着横摆角的增加而增加,气动阻力系数对横摆角变化不敏感,呈现先增加后减小的趋势.增加顶盖与侧围过渡圆角,增加侧围与后围过渡圆角,减小顶盖倾角都能不同程度地降低气动力系数,对改善客车高速行驶时侧风稳定性有较好的效果.模型的风洞试验数据验证了数值计算方法的准确性,计算结果为客车造型设计提供了理论依据.     

基于ADAMS/Car的汽车侧风稳定性虚拟试验研究

为了避免实车道路试验的危险性并揭示其侧风作用下的响应特性,采用机械系统动力学仿真软件ADAMS/Car,建立了汽车侧风稳定性试验模型并进行虚拟试验.在分析风压中心及侧向风作用力模拟的基础上,通过采集大量实车数据,经三次样条插值建立了一定车速下风压中心位置、稳态和随机侧向风作用力大小随时间变化的连续曲线模型.对应施加于某轿车模型,在二维平整路面上进行了稳态和随机侧向风作用下的仿真试验,得到了侧向加速度、横摆角速度、侧倾加速度和侧向位移的响应输出,输出结果与实车试验和实际行车规律都相吻合.风压中心位置漂移连续性模拟方法从理论上保证了汽车侧风稳定性虚拟试验与实车试验的一致性.     

车窗对车辆侧向气动性能影响的数值模拟

采用基于Spalart-Allmaras方程的分离涡模拟(DES)数值模拟方法,就车窗外形对车辆侧向气动性能及流场结构的影响进行分析计算。研究结果表明:车窗对车辆侧向气动性能有较大的影响:和粘帖车窗车体相比,采用凹陷车窗的车辆侧向力系数由0.71变为1.20,升力系数由1.28变为1.74,倾覆力矩系数由-0.27变为-0.63;受凹陷车窗影响,车体顶部气流速度下降,背风区脱落涡被吸附到车窗附近,此处涡核线较多且杂乱;远处涡核较长,脱落涡直径较大;而粘帖车窗车体顶部气流流速较高,背风区脱落涡尺寸较大,且位于靠近车体的部位。数量较多,尺寸较小。     

侧风下大学生方程式赛车气动性能研究

以大学生方程式赛车为研究对象,采用横摆模型法对不同侧风下的赛车气动特性进行了CFD仿真和试验研究,得到了相应的气动力系数,并对不同侧风下流场中速度以及压力的分布进行了分析,探究了气动力系数和尾部流场的差异.结果表明,赛车的阻力系数和侧向力系数随横摆角的增大而增大,而升力系数并不随横摆角线性变化.赛车的下压力主要由前后翼提供,随着横摆角的增大,后翼所提供的下压力逐渐减小,而底板所提供的下压力则逐渐增大.车身所提供的阻力随横摆角的变化更为敏感.不同横摆角下,赛车尾部的涡流分布存在较大差异.      

长大编组高速列车横风气动特性研究

采用定常RANS方法, 对长大编组高速列车的横风气动特性进行分析, 从流场特性和气动力特性两个方面开展研究。结果表明, 横风条件下, 列车表面流动现象非常丰富, 列车首尾流线型存在较多流动分离、再附等现象, 且受横风侧偏角影响较大。在列车背风侧出现两个以上的复杂分离涡系, 从列车头车下部开始, 向列车下游发展并逐渐远离列车车体。分离涡系是列车承受非定常气动力的根源。列车头车是侧向力、滚转力矩最严峻的车厢, 且随着横风侧偏角增大, 侧向力、滚转力矩逐渐增大, 列车行车环境逐渐恶化。     

不同侧风角作用下Ahmed模型空气动力学特性分析

通过3种数值模拟方法的对比分析,得到最优的模拟方案,故采用分离涡方法对Ahmed模型气动特性进行研究,分析了不同侧风角对钝体尾流的涡量、湍流强度、压力及流线的分布规律的影响,得到了力和力矩系数的变化特征,总结了尾流倾斜角度随侧风角变化的综合公式。研究结果表明,侧风角对钝体尾流特征参数影响不是单调的,在侧风角为30°时钝体尾部涡量最大;钝体尾流倾斜角度与气动力系数随侧风角的增大而增大;侧风角50°时的钝体背部迎风侧压力和头部平均速度也达到最大值。研究结果可以为复杂横向来流条件下汽车运行的安全性和稳定性提供一定依据。     

汽车后视镜气动噪声的影响参数

选取普通后视镜外形作为基础模型,分别挑选可能影响后视镜气动噪声的3个形状参数和2个角度参数,使用大涡模拟和FW-H方程预测后视镜的气动噪声并分析其影响因素.整车风洞普通后视镜气动噪声试验结果与数值计算结果吻合,表明采用混合方法预测后视镜气动噪声的可行性.分析各种参数的后视镜气动噪声可以发现,声源强度在支撑面比后视镜表面大;它在普通后视镜支撑面的分布呈现梯形形状,且不随后视镜前后脸的变化而变化,但支架的存在却使之成为矩形形状.除旋转角度外,增加其他4种参数均有利于降低后视镜产生的气动噪声.     

典型底部结构对轿车侧风稳定性的影响及作用机理

凹凸底部和光滑底部是进行轿车车身设计与布置时2种典型的设计方案，但底部结构对轿车侧风稳定性的作用机理尚不明确，厘清其影响不仅可为底部结构设计与布置提供参考数据，而且是进行轿车侧风稳定性评价的关键技术问题。通过建立典型底部结构轿车的数值计算模型，分析了不同侧风风速对轿车气动力和气动力矩的影响规律；采用汽车空气动力学与汽车系统动力学耦合方法建立了典型底部结构轿车的侧风稳定性分析与评价模型，研究了底部结构对轿车侧偏运动、横摆运动以及侧滑运动的影响规律及作用机理。研究表明：凹凸底部结构会增加轿车的气动升力、气动俯仰力矩、气动阻力以及气动侧力，加剧轿车的侧偏运动和横摆运动，增加轿车侧滑的风险；路面附着系数越低，凹凸底部结构对轿车侧偏运动和横摆运动的影响越大、对侧滑临界风速的影响越小。     

不同路况侧风对高速列车运行安全性影响研究

建立了高架线和路堤两种不同路况下侧风作用于列车的空气动力学模型,并进行数值计算,得到了不同侧风速和不同运行速度下列车周围压强分布及列车的气动载荷特性;同时利用SIMPACK建立高速列车动力学模型,将分析得到的气动载荷施加到动力学模型上,计算列车运行的动力学特性,研究侧风对列车运行安全性的影响;参照高速列车运行安全性相关限定指标,计算了高速动车组侧风环境下的安全行车速度。     

侧风滑跑条件下的地面涡气动特性研究

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算的方法得出侧风来流条件下地面涡的流场特征和气动特性,着重研究飞机滑跑对地面涡的影响。研究表明：在无相对滑跑时,速度比和离地间隙是影响地面涡特性的重要因素。来流速度越大,离地高度越高,地面涡的强度就越高;进气畸变主要受来流速度影响,流速越高,畸变程度越严重。有相对滑跑时,重点考虑来流速度和滑跑速度对地面涡的影响。来流速度对进气畸变影响很大,畸变指数随着风速升高而增大;滑跑速度是地面涡强度的主要影响因素,滑跑速度越高,地面涡强度越弱。     

基于动态双向耦合的高速汽车侧风稳定性控制研究

针对高速汽车在侧风环境下的气动稳定性问题,基于大涡模拟（LES）及五自由度车辆模型,建立了汽车空气动力学与汽车动力学的动态双向耦合分析模型.考虑了主动前轮转向的主动控制（AFS）对高速车辆侧风稳定性的影响;采用调整车辆质心位置的方法验证了动态双向耦合模型的鲁棒性.对在某轿车在有、无驾驶员及有、无AFS控制下的运动及流场特性进行了对比分析.研究结果表明:在侧风作用下车辆的侧向速度及横摆角速度对高速车辆的气动稳定性有着重要影响;在无驾驶员条件下,有AFS控制的车辆仍能回到正常行驶路线,而无AFS控制的车辆无法回到正常行驶路线;在有驾驶员条件下,无AFS控制车辆最大侧向位移为1.1 m,有AFS控制车辆最大侧向位移0.47 m,表明AFS控制有助于提高车辆侧风稳定性.      

新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。