基于CFD的FSAE賽車(chē)外流場(chǎng)數(shù)值模擬及優(yōu)化中期報(bào)告

基于CFD的FSAE賽車(chē)外流場(chǎng)數(shù)值模擬及優(yōu)化中期報(bào)告一、研究背景及意義隨著車(chē)輛的制造和設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提高，汽車(chē)比賽的規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)力也越來(lái)越高。FSAE（FormulaSAE）賽車(chē)由全球各個(gè)國(guó)家的大學(xué)生團(tuán)隊(duì)參與，它是一項(xiàng)致力于激發(fā)年輕工程師對(duì)于汽車(chē)制造和設(shè)計(jì)的熱情、培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神、能力和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的競(jìng)技活動(dòng)。在FSAE賽車(chē)設(shè)計(jì)中，外流場(chǎng)是影響賽車(chē)性能的關(guān)鍵因素之一，如何降低FSAE賽車(chē)空氣阻力，提高賽車(chē)的性能是一個(gè)關(guān)鍵性課題。通過(guò)基于CFD（ComputationalFluidDynamics）數(shù)值模擬的方式模擬FSAE賽車(chē)的外流場(chǎng)，可以快速準(zhǔn)確地了解FSAE賽車(chē)的氣動(dòng)外流場(chǎng)分布和流動(dòng)特性。并通過(guò)優(yōu)化FSAE賽車(chē)外形設(shè)計(jì)、加裝氣動(dòng)裝置和調(diào)整空氣阻力系數(shù)等方法，有效地降低賽車(chē)的空氣阻力，提高賽車(chē)的性能，這對(duì)于FSAE賽車(chē)的設(shè)計(jì)和制造具有重要的意義。二、研究?jī)?nèi)容及方法本研究以FSAE賽車(chē)的氣動(dòng)外流場(chǎng)分布與流動(dòng)特性為研究對(duì)象，以CFD數(shù)值模擬及優(yōu)化為主要研究方法，通過(guò)以下步驟進(jìn)行研究：1.建立FSAE賽車(chē)的數(shù)值模型基于CATIA等設(shè)計(jì)軟件，建立FSAE賽車(chē)的三維數(shù)值模型，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，以便于后續(xù)的數(shù)值模擬與優(yōu)化分析。要求模型精度高，幾何復(fù)雜度大，包括FSAE賽車(chē)的底盤(pán)、車(chē)身、車(chē)架、輪胎、懸掛系統(tǒng)等。2.建立數(shù)值模擬網(wǎng)格在數(shù)值模型的基礎(chǔ)上，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)FSAE賽車(chē)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，生成三維流場(chǎng)模擬所需的流體網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分應(yīng)該滿足幾何形狀、物理性質(zhì)、計(jì)算效率等多重要求。3.數(shù)值模擬邊界條件設(shè)置為了保證數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性，需要在模擬過(guò)程中設(shè)置不同的邊界條件，如入口流速、迎風(fēng)角度等條件，并進(jìn)行驗(yàn)證。4.進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算在完成網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置之后，進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。對(duì)于流動(dòng)物理問(wèn)題，采用CFD模擬求解技術(shù)，對(duì)賽車(chē)的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值求解和仿真計(jì)算。5.數(shù)值模擬結(jié)果分析分析數(shù)值模擬結(jié)果，了解賽車(chē)氣動(dòng)外流場(chǎng)的分布和流動(dòng)特性，如阻力分布、氣流輪廓、壓力分布等指標(biāo)。對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)估數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。6.設(shè)計(jì)優(yōu)化與仿真根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)行FSAE賽車(chē)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與仿真。如調(diào)整車(chē)身風(fēng)阻系數(shù)、改進(jìn)車(chē)身流線型、優(yōu)化車(chē)輪尺寸等方面進(jìn)行優(yōu)化。三、進(jìn)展及計(jì)劃1.建立FSAE賽車(chē)的數(shù)值模型，完成了主要部件的設(shè)計(jì)和參數(shù)化；2.完成了FSAE賽車(chē)流場(chǎng)數(shù)值模擬網(wǎng)格劃分，驗(yàn)證了網(wǎng)格劃分的準(zhǔn)確性和效率；3.確定了數(shù)值模擬計(jì)算邊界條件，建立了數(shù)值模擬模型；4.進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，并得到了初步的數(shù)值模擬結(jié)果，初步驗(yàn)證了數(shù)值模擬計(jì)算的可靠性；5.在進(jìn)一步優(yōu)化仿真的過(guò)程中，要對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析和評(píng)估，開(kāi)展參數(shù)對(duì)比分析，確定優(yōu)化方案。四、結(jié)論通過(guò)對(duì)FSAE賽車(chē)的氣動(dòng)外流場(chǎng)分布和流動(dòng)特性的數(shù)值模擬及優(yōu)化，可以有效降低賽車(chē)的空氣阻力，提高賽車(chē)的性能，并且為FSAE賽車(chē)的設(shè)計(jì)和制造提供重要的參考。在后續(xù)的研究工作