轿车尾流fluent仿真分析与设计.docx

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轿车尾流fluent仿真分析与设计

轿车尾流fluent仿真分析与设计

 1.1空气动力学在汽车中的应用

   空气动力学特性是汽车的重要特性之一,它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性与安全性。

其中,空气动力学中的空气阻力（风阻）是影响油耗的首要因素,降低风阻系数则是提高汽车燃油经济性的重要途径之一。

汽车空气动力学性能对汽车的安全性、经济性和舒适性具有重要影响。

汽车空气动力学的首要研究任务是通过试验或者数值模拟研究获得汽车行驶时汽车本身所受到的气动力的变化，改善汽车的行驶性能，评价汽车的节能水平。

 1.2阶背式轿车与直背式轿车简述

阶背式轿车国际上简称L型车，也称为三厢式轿车，具有后备箱。

它通常是中高档轿车的款式，涵盖的车型最多，从夏利三厢、富康988、捷达、奥迪一直到凯迪拉克、劳斯莱斯。

在一般人的眼中，这车型是引擎置在车头，中间省几个座位，四扇车门，车尾有个分隔的行李厢，即三厢式设计。

缺点是扁阔的尾厢放不下较大件的行李，而且乘客在行车时，也照顾不到放在后备厢的东西。

在驾驶方面，由于车身重心是在前方偏中位置，所以有中性转向的特性。

随着生活水平的日益提高,外出旅行成了人们休闲的新时尚,直背式旅行轿车（简称直背式轿车）在人们旅行时起着非常重要的作用,既能载人又能载物.但缺点是后行李仓空间不足以简化的直背式轿车模型为研究对象。

 1.3国内外研究现状

  当前国内外对汽车外流场的研究已经比较深入，已经有大量的相关文献发表，北航的康宁、李光辉教授借助商用计算流体力学软件STAR-CD,利用移动边界条件进行三维数值模拟,计算加装行李架前后的轿车在不同车速下的车身气动阻力系数和升力系数,并通过与试验结果的对比,验证数值计算结果的正确性。

计算结果表明,不同剖面形状的行李架对直背式轿车外流场有不同程度的影响.研究结果为合理选择行李架的剖面形状,改善轿车的气动特性提供了依据。

西华大学杨海波应用国内外广泛采用的合成风的方法模拟侧风作用下的汽车外流场。

根据模拟结果对车身周围流场进行了分析,并根据车身外流场不同位置截面上的速度和压力等物理量的分布与变化情况,定性的分析了轿车受到侧风作用时侧向力和升力发生相应变化的原因,并重点结合GB7258标准,从气动升力入手,对模型车高速行驶时的行驶安全性进行了定量分析。

得出结论，汽车高速行驶时高速风流直接影响汽车的升力和侧向力,其中气动升力直接影响高速汽车的转向性,从而影响到高速汽车的操纵稳定性等主动安全性能。

文献2通过ANSYSICEM-CFD的网格生成模块对所建的汽车模型进行六面体非结构网格的划分,导入计算流体力学软件STAR-CD对汽车模型的外围流场进行了数值模拟,得到了与实际情况非常相符的计算结果。

最后得出肯定的结论,汽车空气动力特性的数值模拟可以辅助汽车设计师,在设计初步完成之后,对其进行流场的数值模拟,对设计提出改进意见,争取达到美学与空气动力性完美结合的程度。

文献3阐述了汽车空气动力学特性研究的背景和意义,以及进行空气动力学模拟研究的发展和应用现状,研究了汽车外流场数值模拟的理论基础；文献4通过阐述研究汽车空气动力学和利用数值模拟方法研究汽车外流场的意义,介绍了目前在流场计算中被广泛使用的ANSYS软件的CFD功能,结合大客车的实例,对如何利用ANSYS软件的CFD功能建模、网格划分和加载边界条件等进行了详尽、深入浅出的讲解,并对结果进行了分析。

最后,展望了这一领域的发展前景文献5阐述了数值仿真在汽车空气动力学领域的研究特点及难点,介绍了汽车空气动力学数值仿真方法的研究现状,展望了这一研究领域的发展前景；文献6建立了三种不同尾部造型模型,应用FLUENT软件对不同尾部造型的尾部流场进行了数值模拟,得到了相应的阻力系数和尾部流场特性。

通过对不同模型的流速和流线分布、湍流动能及不同横向截面涡系的比较分析，讨论了不同尾部造型对尾部流场的影响,得出了较理想的尾部造型形式。

文献8用CFD方法对直背式轿车加速过程中非定常外流场进行了数值模拟；文献9用计算流体力学方法对直背式轿车起动过程中的非定常外流场进行了数值模拟；文献11文中简要介绍了汽车的空气动力学特性以及FLUENT软件的主要特点,并对汽车外流场数值分析中的有关理论基础进行了探讨,着重讨论了FLUENT软件在汽车空气动力学研究中的应用,并给出了应用实例。

 1.4本文研究内容

  本课题主要是研究阶背式与直背式轿车尾流结构，通过了解空气动力学的有关内容，进行实验研究、理论分析、数值计算，熟悉汽车外流场的数值模拟技术，学习fluent和gambit软件的相关知识和使用方法，进行数值模拟计算并分析计算结果。

 1.5参考文献

1.杨海波，基于空气动力学的汽车行驶安全性研究[D]四川：

西华大学硕士学位论文，2009

2.苏文慧，汽车车身设计及其外围流场的数值模拟[D]大连理工大学硕士学位论文2005

   3.任斌，后扰流板对汽车空气动力学特性影响的模拟研究[D] 南京航空航天大学硕士学位论文2009

4.唐振明，车辆外围流场的数值模拟计算[J]广西交通科技2003年02期

   5.张扬军，吕振华等，汽车空气动力学数值仿真研究进展[J]汽车工程2001年02期

6.张启桥，赵又群，软米庆，汽车尾部外流场数值[J]农业装备与车辆工程2009年10期

7.Hucho.W.AerodynamicofRoadVehicles.AnnualReviewofFluidMechanics,1993,25

8.宗叶玲康宁直背式轿车加速行驶气动阻力的计算[J]航空动力学报2008年07期

9.蓝天康宁郑昊直背式轿车起动过程中气动现象的研究[J]航空动力学报2007年11期

10.傅立敏刘锡国典型汽车尾流结构的研究[J]汽车工程1996年06期

11.冯宜彬，过学迅，FLUENT在汽车空气动力学研究中的应用[J]北京汽车2008年02期

12.张英朝汽车空气动力学数值模拟技术北京：

北京大学出版社.2011年6月

   13.谷正气汽车空气动力学北京：

人民交通出版社.2005年7月

设计参数如下：

建立模型

划分网格如上图

定义边界类型如上

****************************

导入fluent分析

1、 粘度模型为

模型

2、 定义操作条件如下：

3、 设定速度入口条件：

4、 出口条件为outflow，保持默认

5、 初始化

6、 开始迭代

为提高压力计算精度迭代80步左右后采用压力二阶迎风

7、 查看流量报告如下：

流量守恒，认为迭代可以终止

残差如下：

***********************

8\车身静压力分布云图：

车身表面压力分布等值线图如下：

9、 车身中心面上气流压力分布如下：

10、车身中心面上气流速度分布如下：