汽車(chē)周?chē)臍饬鲌?chǎng)的數(shù)值模擬報(bào)告

汽車(chē)周?chē)臍饬鲌?chǎng)的數(shù)值模擬報(bào)告摘要：國(guó)內(nèi)外汽車(chē)氣流場(chǎng)的研究主要是采用風(fēng)洞和實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn),費(fèi)用大，耗時(shí)長(zhǎng)。目前隨著計(jì)算流體力學(xué)軟硬件的迅速發(fā)展和商業(yè)軟件的不斷普及,數(shù)值試驗(yàn)研究也在不斷完善，尤其針對(duì)汽車(chē)氣流場(chǎng)這類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題,如果能夠通過(guò)理論方法模擬氣流場(chǎng)，探討影響氣流場(chǎng)的因素和氣流場(chǎng)分布的有關(guān)規(guī)律，將節(jié)省大量的人力、物力。本文工作的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)fluent軟件對(duì)汽車(chē)的行駛進(jìn)行模擬來(lái)研究氣流場(chǎng)。本文主要研究汽車(chē)表面附近氣流場(chǎng)分布，為汽車(chē)的外形優(yōu)化提供指導(dǎo)。主要進(jìn)行如下工作:利用fluent軟件計(jì)算了汽車(chē)在行駛過(guò)程中,在不同行駛速度下，汽車(chē)周?chē)鷼饬鲌?chǎng)的模擬仿真。結(jié)果顯示隨著行駛速度的增加，汽車(chē)正表面的阻力明顯增大。本文的研究表明:用fluent模擬汽車(chē)周?chē)鷼饬鲌?chǎng)是可行的;同時(shí)總結(jié)了針對(duì)汽車(chē)的網(wǎng)格劃分、參數(shù)選取、邊界條件設(shè)定，為進(jìn)一步研究提供一定的參考和依據(jù)。關(guān)鍵詞：氣流場(chǎng)汽車(chē)表面fluent計(jì)算流體力學(xué)fluent隨著計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，并逐步形成一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，計(jì)算流體力學(xué)的興起促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析方法的發(fā)展，為簡(jiǎn)化流動(dòng)模型的建立提供了更多的依據(jù)，使很多研究方法得到發(fā)展和完善。fluent已經(jīng)成為汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)研究的重要手段，尤其在早期車(chē)型開(kāi)發(fā)中，為車(chē)身氣動(dòng)外形的初選提供了依據(jù)。1流場(chǎng)控制流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中，流場(chǎng)的基本運(yùn)動(dòng)方程是依據(jù)質(zhì)量，動(dòng)量，能量守恒定律按一定的流體流動(dòng)模型推到的。對(duì)空氣來(lái)說(shuō)，當(dāng)風(fēng)速小于三分之一風(fēng)速即408km/h時(shí)可以認(rèn)為是不可壓縮流體。本次模擬的汽車(chē)速度在130km/h以下，可以考慮成不可壓縮流動(dòng)。汽車(chē)?yán)@流問(wèn)題一般為定常，等溫，不可壓縮，采用雷諾N-S方程，為使方程封閉，可以采用標(biāo)準(zhǔn)k—e模型。2幾何模型與計(jì)算模型本文采用ProE軟件進(jìn)行汽車(chē)的三維建模。汽車(chē)的模型以蘭博基尼2011款LP700—4為原型做適當(dāng)簡(jiǎn)化。車(chē)模型的主要數(shù)據(jù)為：車(chē)長(zhǎng)X車(chē)寬X車(chē)高（mm）4386x1900x1165軸距（mm）2560 離地間隙（mm） 140前輪/后輪規(guī)格（inch） 235/35R19 295/30R193計(jì)算網(wǎng)格與計(jì)算條件3.1計(jì)算網(wǎng)格為再現(xiàn)汽車(chē)的自然行駛狀況，選取一個(gè)長(zhǎng)方形的計(jì)算域。一般長(zhǎng)寬高3—5倍的區(qū)域作為計(jì)算域比較合適，本文采用8000x15000x5000（mm）長(zhǎng)方體。由于汽車(chē)周?chē)牧鲌?chǎng)非常復(fù)雜，為滿足計(jì)算要求，并且考慮到曲面較多，為計(jì)算方便，采用Tgrid非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方式，網(wǎng)格數(shù)目為150630個(gè)，且網(wǎng)格質(zhì)量均滿足要求。（measuredminimumvalue：1.4035e—007 measu

redmaximumvalue0.785744)redmaximumvalue0.785744)3.2計(jì)算條件車(chē)身所建模近似與實(shí)際尺寸，但也已略去后視鏡，刮雨器等突出物體，由于技術(shù)手段的限制，未能很好地表現(xiàn)跑車(chē)的氣動(dòng)外形。湍流模型選用k—e標(biāo)準(zhǔn)模型。邊界條件的設(shè)定為：一個(gè)遠(yuǎn)端來(lái)流方向的壓力進(jìn)口，一個(gè)車(chē)身后遠(yuǎn)端端面的壓力出口，周?chē)托≤?chē)表面均設(shè)為壁面。需要給定的進(jìn)口初速度，本文分別選擇16.7，27.8,36.1(m/s)04計(jì)算結(jié)果上面三個(gè)圖分別表示小車(chē)在60/100/130(KM/H)時(shí)的汽車(chē)表面壓力分布圖，可以看到該模型的前部壓力較大的區(qū)域處在車(chē)頭扁平的面。氣流在到達(dá)車(chē)頭部位時(shí)，受阻最大，然后受到的阻力被分為上部下部側(cè)面氣流，車(chē)頭部的上緣處速度降低最為明顯，即出現(xiàn)滯區(qū)。流線型區(qū)的壓力顯著小于垂直扁平區(qū)的壓力，車(chē)頂部前輪上緣，底部的上緣的壓力較小。由此考慮到車(chē)子應(yīng)該采用流線型設(shè)計(jì)，并且在車(chē)體設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)在壓力較小的區(qū)域使用低強(qiáng)度材料，在壓力較大的區(qū)域采用高強(qiáng)度材料，出于經(jīng)濟(jì)及安全性方面的考慮。

上面三圖分別表示在時(shí)速60/100/130(KM/H)時(shí)，小車(chē)車(chē)身周?chē)臍饬髁骶€狀態(tài)。上面三圖分別表示在時(shí)速60/100/130(KM/H)時(shí)，小車(chē)車(chē)身表面的氣流速度分布。由小車(chē)車(chē)身表面的氣流分布圖可知?dú)饬髟谲?chē)頭部速度驟減，然后沿上下面及周邊繞流，頂部分流的氣流流速明顯大于從底部流過(guò)氣流的流速。這是因?yàn)槠?chē)底盤(pán)與地面距離較小，可以看成構(gòu)成一個(gè)直徑較小的管道，管道的內(nèi)徑小，流體在其中的粘滯參數(shù)較大，速度損失較大。另外實(shí)際情況下由于汽車(chē)底盤(pán)凹凸不平，形狀復(fù)雜，進(jìn)一步增大了摩擦阻力。汽車(chē)上半部分呈流線型分布能夠有效減小阻力。由小車(chē)車(chē)身周?chē)臍饬髁骶€狀態(tài)可知，車(chē)身尾部空氣流速明顯大于車(chē)身周?chē)臍饬髁魉?，且流速?gòu)牡孛嫦蛏现饾u增大。當(dāng)車(chē)身以很快的速度通過(guò)一定的空間時(shí)，前面分流的空氣不足以瞬間填滿這部分空當(dāng)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)差，會(huì)把后面的空氣往前推。由于沒(méi)有與車(chē)身表面的的莫擦，所以氣流速度會(huì)比車(chē)身表面的速度大，但越近底面，粘滯參數(shù)越大，流速下降越明顯，在一個(gè)剖面上可以清晰地看到速度的階梯狀分布。5結(jié)論通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目汽車(chē)的的fluent數(shù)值模擬的研究，可以定性地了解整車(chē)的速度流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，并能