主動(dòng)進(jìn)氣格柵AGS對(duì)汽車風(fēng)阻特性的影響分析

1、0前言車輛空氣動(dòng)力學(xué)特性直接影響車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱且氣穩(wěn)定性、乘坐舒適性和行駛安全性。車輛的氣動(dòng)阻力與車速的平方成正比，動(dòng)阻力所消耗的功率和燃油又與車速的立方成正比。因此，通過(guò)空氣動(dòng)力學(xué)研究降低氣動(dòng)阻力、提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率,不僅能提高車輛的空氣動(dòng)力學(xué)特性，還可以改善車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。車輛行駛的氣動(dòng)阻力由壓差阻力、摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力、干涉阻力和內(nèi)流阻力五部分組成。以前主要通過(guò)改進(jìn)車身局部造型改善近車體氣流流動(dòng)狀況降低壓差阻力。但隨著研究的深入，對(duì)汽車局部細(xì)節(jié)的改型已日趨成熟，大幅度的降低壓差阻力變得相當(dāng)困難。研究表明，內(nèi)流阻力約占汽車總氣動(dòng)阻力的10%-18%主要是由于氣流通過(guò)車輛的

2、冷卻系統(tǒng)引起的。因此，改善發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)作為減阻的方案是合理可行的。智能格柵是汽車進(jìn)氣格柵裝置的一種，安裝在散熱器前方的格柵口位置。相對(duì)普通的進(jìn)氣格柵，智能格柵具有可以旋轉(zhuǎn)90。的電動(dòng)葉片，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的高低及時(shí)調(diào)整進(jìn)氣格柵的進(jìn)氣角度，具有降低汽車風(fēng)阻系數(shù)、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)升溫時(shí)間、降低油耗、提高汽車動(dòng)力性能等特點(diǎn)。如在擁堵路況下低速行駛時(shí)，進(jìn)氣格柵會(huì)主動(dòng)開(kāi)啟；當(dāng)車輛在高速道路保持穩(wěn)定速度行駛時(shí)，進(jìn)氣格柵會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以獲得更好的空氣動(dòng)力表現(xiàn)，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。本文利用starccm+對(duì)某車輛智能格柵不同開(kāi)啟角度（全關(guān)0°、20。、40。、60°、80°、全開(kāi)90

3、°）的氣動(dòng)阻力系數(shù)變化進(jìn)行仿真分析，研究智能格柵對(duì)車輛整車風(fēng)阻系數(shù)及機(jī)艙內(nèi)流動(dòng)的影口向。1數(shù)值計(jì)算分析1.1 幾何模型的建立本文基于某車輛建立了加裝智能格柵的分析模型。模型在建立過(guò)程中基本保證了與實(shí)車的一致性，包括雨刮器、后視鏡、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤、輪胎等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，存在著許多的油、水、電管道和電纜，為反映發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)真實(shí)的流動(dòng)特性，本文分析保留了發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)的真實(shí)形狀，并建立計(jì)算所用的CAD真型。建模主要考慮了冷卻系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)體、電器系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)底護(hù)板以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)表面模型等，對(duì)于一些對(duì)流動(dòng)影響不大的管道、電線等，只做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，仍然保留了所有對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)

4、艙內(nèi)部流動(dòng)分析有影響的幾何特征。發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部模型及智能格柵模型如圖1所示。圖1發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部模型及智能格柵模型示意圖1.2 計(jì)算域的確定及網(wǎng)格劃分為了使計(jì)算結(jié)果更接近于汽車行駛的真實(shí)環(huán)境，對(duì)計(jì)算域的基本要求就是：計(jì)算域的邊界不能對(duì)流場(chǎng)形成干涉，也就是說(shuō)使車輛受到影響的流場(chǎng)完全包括在計(jì)算域內(nèi)。本文仿真采用的計(jì)算域?yàn)榘鼑囕v模型的長(zhǎng)方體，長(zhǎng)約為11倍wors車長(zhǎng)，其中車輛車頭距計(jì)算域入口為3倍車長(zhǎng)；寬約為11倍車寬；計(jì)算域高約為6倍車圖，如圖2所示。3所示。一力道昌日日一日日wrr±:=彳rsI-J30-!7nlHL1mHii+FIji比giuoih叫Hi;"思瑞u»R

5、圖2計(jì)算域示意圖采用切割體網(wǎng)格(TrimmedMesh)對(duì)整個(gè)計(jì)算流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙區(qū)域使用密度盒進(jìn)行加密。整車發(fā)動(dòng)機(jī)艙縱對(duì)稱面體網(wǎng)格如圖圖3縱對(duì)稱面網(wǎng)格示意圖1.3 邊界條件的設(shè)置由于數(shù)值模擬是在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，因此在區(qū)域的邊界上需要設(shè)置與實(shí)際情況相符合的邊界條件。本文仿真模擬計(jì)算域邊界條件的設(shè)置如表1所示。對(duì)于冷凝器和散熱器采用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行模擬，模型中的關(guān)鍵系數(shù)粘性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行獲取。表1計(jì)算域邊界條件設(shè)置性置邊界條件設(shè)置入口XlocityInlet.出口PressureOutlet地面口(coslip)車身WM(noslip)項(xiàng)制及他面WalJ(sli

6、p)!£Pr*2仿真結(jié)果分析對(duì)車輛100km/h速度行駛時(shí)，智能格柵不同開(kāi)啟角度（全關(guān)0°、20°、40°、60°、80°、全開(kāi)90°）下的工況進(jìn)行仿真分析。2.1壓力分析圖4和圖5分別為智能格柵不同開(kāi)啟角度（全關(guān)0°、20。、40。、60°、80°、全開(kāi)90°）時(shí)冷凝器入口壓力云圖及發(fā)動(dòng)機(jī)艙壓力系數(shù)云圖。從圖中可以看出，隨著智能格柵的開(kāi)啟，冷凝器入口壓力增加，特別是位于下格柵后方的冷凝器下端，壓力增加明顯，整車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)壓力也隨之增大，整車阻力增加。智能格柵開(kāi)啟角度0°40

7、。變化時(shí)，冷凝器入口壓力及機(jī)艙內(nèi)部壓力增大明顯,智能格柵開(kāi)啟角度40。后，冷凝器入口壓力及機(jī)艙內(nèi)部壓力增大趨勢(shì)漸緩。圖42.2流場(chǎng)分析表2為冷卻模塊入口氣流流量統(tǒng)計(jì)。圖6為智能格柵開(kāi)啟角度0。、40r)90°時(shí)，z=0.1m截面速度矢量圖。結(jié)合圖6和表2可以看出，智能格柵全關(guān)時(shí),幾乎沒(méi)有氣流流入冷卻模塊內(nèi)，但是有部分氣流通過(guò)冷卻模塊周圍的縫隙處流入機(jī)艙；隨著智能格柵開(kāi)啟，進(jìn)入冷卻模塊的氣流量增加，流速增大，特別是智能格柵開(kāi)啟角度0°40。變化時(shí)。而隨著智能格柵開(kāi)啟角度的進(jìn)一步加大，流入冷卻模塊的氣流量增大不明顯。表2冷卻模塊入口流量格柵開(kāi)啟角度0：20J40DdOc30°90流量(kg/s)0.00350.550810.6®rji20.7386口口8001圖6截面z=0.1m速度矢量圖2.3風(fēng)阻系數(shù)圖7為智能格柵不同開(kāi)啟角度（全關(guān)0°、20°、40°、60°、80全開(kāi)90°）整車風(fēng)阻系數(shù)示意圖。智能格柵全關(guān)狀態(tài)下整車風(fēng)阻系數(shù)最小，隨著智能格柵開(kāi)啟角度的增大，整車風(fēng)阻系數(shù)也逐漸增加，但智能格柵開(kāi)度40。900變化時(shí)，整車風(fēng)阻系數(shù)變化不明顯，智能格柵全開(kāi)狀態(tài)下整車風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到