摘要随着汽车技术的发展以及道路交通的完善，汽车实用车速大大提高，汽车空气动力学成为汽车行业的重点研究方向之一。
本文采用CFD方法对某轿车进行三维外流场的数值建模。
本课题运用UG绘制出实车的1:1三维模型。
在建立仿真模型过程中,考虑到仿真时间与计算机硬件问题,对实车部分细节做出相应的简化。
然后利用ICEM软件建立有限元模型。
本文采用四面体+三棱柱网格混合方案划分网格,并采用密度体包围整个轿车,以对其周围计算区域进行网格加密处理,并对轿车表面面网格做局部细化。
选用Realizablek- 湍流模型,并在其近壁面采用标准壁面函数以提高车身表面流动的模拟精度。
最后利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图和速度矢量图,通过分析整车表面速度和压力特性,了解气流运动规律和情形。
并通过仿真所得结果计算出该轿车的气动阻力系数与升力系数。
根据本文仿真结果并结合轿车造型可以看出,对于轿车,由于流线型造型特点,其气阻力系数相对较小,但是气动升力系数不稳定。
而对于轿车这种高速行驶的汽车,出于安全与稳定性考虑,降低其气动升力比减小气动阻力有着更实际的意义。
关键字:计算流体力学数值模拟气动阻力气动升力AbstractAs the development of automobile technology and improved transport facilities, The vehicle`s Practical Velocity has greatly been improved, vehicle aerodynamics has already been one of the key research directions in the automotive industry. this paper builds a three-dimensional flow field numerical simulation model for a coupe with the existing method of CFD.The project builds the three-dimensional model of real car (l:l) with the use of UG. During the modeling process, there are some simplifications for some of the details of real car, thinking about the simulation time and computer hardware problems. Then this essay builds the finite element model with the ICEM software. In this paper, tetrahedral + Prism hybrid mesh program was used, and the whole couple surrounded by density Body to define the grid surface area. Realizable k- turbulence model used, and Standard wall function near the wall to enhance the body surface flow simulation accuracy. Finally, after the analysis of the model with the use of FLUENT,we obtains the body surface pressure distribution and the velocity vector. through the analysis of vehicle’s surface speed and pressure characteristics, we can understand the laws and situations for air movement. It’s shows that the simulation results obtained meets the flow field characteristics and laws. Then the coupe’s aerodynamic resistance coefficient and lift coefficient can be calculated from the result of the aerodynamic simulation.According to the simulation results and the coupe modeling we can seen that, for the coupe, due to its aerodynamic modeling features, the aerodynamic drag coefficient is relatively small, while the aerodynamic lift coefficient instable. For such a high-speed coupe car, out of considerations of security and s tability, it has more and more Practical significance to reduce the aerodynamic lift than aerodynamic drag.Key words: Computational fluid dynamics: Numerical simulation: Aerodynamic Resistance coefficient; Aerodynamic lift coefficient;目录1 绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 汽车空气动力学的研究方法 (1)1.2.1 实验研究 (2)1.2.2 理论分析 (2)1.2.3 数值计算 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 国外空气动力学发展现状 (3)1.3.2 国内空气动力学发展现状 (4)1.4 本文研究内容 (5)1.4.1 研究目标 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.4.3 技术关键和难点 (6)2 汽车空气动力学气动特性研究 (7)2.1 空气动力学基本理论 (7)2.1.1 空气的基本物理属性 (7)2.1.2 气流运动的基本方程 (9)2.1.3 粘性流基础 (10)2.2 汽车的气动力与气动力矩 (12)2.3 气动力对汽车性能的影响 (15)2.3.1 气动力对汽车动力性的影响 (15)2.3.2 气动力对燃油经济性的影响 (16)2.3.3 气动力对汽车操纵稳定性的影响 (17)2.4 汽车流场的组成 (17)3 汽车外流场数值模拟理论基础 (19)3.1 汽车外流场的基本假设 (19)3.2 基本控制方程 (19)3.2.1 质量守恒方程(连续性方程) (19)3.2.2 动量守恒方程 (20)3.2.3 能量守恒方程 (20)3.3 数值离散化方法 (21)3.3,1 常用数值离散化方法 (21)3.4 湍流模型 (25)3.4.1 湍流模型的分类 (25)3.4.2 常用湍流模型 (25)4 汽车外流场的数值模拟 (28)4.1 几何模型的建立 (28)4.2 计算区域的确定 (28)4.3 网格的划分 (29)4.4 边界条件的确定 (30)4.5 求解器的选择 (30)4.6 收敛性判断 (30)4.7 汽车数值结果模拟与分析 (31)4.7.1 车身外流场分析 (31)4.7.2气动主力计算及性能分析 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A英文原文 (43)附录 B汉语翻译 (50)1 绪论1.1 研究背景与意义汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及其与汽车相互作用的一门科学。
汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一,对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性都有着直接的影响。
它是指汽车在流场中受到阻力、升力、侧向力三个气动力及其相应的三个力矩的作用而产生的车身内部及外部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、驾驶室内通风、空气调节等特性。
汽车的流场包括内流场和外流场。
由于高等级公路的发展,汽车车速的提高对汽车的操纵稳定性、安全性、舒适性提出了越来越高的要求,特别是由于世界能源危机,石油价格上涨,使得汽车节能技术受到了前所未有的关注。
对于高速行驶的汽车,气动力对其各性能的影响有着至关重要的作用,所以良好的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。
而改善驾驶室的内流特性(驾驶室内通风、散热、取暖、除霜等以及发动机冷却系空气动力特性),在减小气动阻力的同时,降低空气动力噪声,则是保障舒适性的前提随着我国汽车行业高速公路建设的快速发展,汽车车速也随之不断提高,汽车空气动力学在我国汽车工程技术领域的应用也越来越广泛。
我国作为一个人口大国,汽车的需求量,尤其是商用/家用轿车的需求更是巨大的。
随着中国国内轿车保有量不断上升,加之针对2008年金融危机而出台的相关政策的影响,消费者的消费观念愈加趋于理性,他们将目光投向了汽车本身的性能,特别是对动力性和经济性的要求越来越高,汽车行业竞争也变得越来越激烈。
因此,汽车的空气动力性将是决定汽车在当今市场的激烈竞争中取胜的重要决胜点。
设计具备良好空气动力性能的现代汽车,无疑是提高其动力性和经济性的重要首选途径,尤其是对于高速行驶的汽车来说,良好的空气动力稳定性显得尤为重要。
因此,改善和提高汽车的空气动力学特性是具有极其重要的现实意义的。
1.2 汽车空气动力学的研究方法汽车空气动力学目前的研究方法按研究手段可以分为实验研究、理论分析和数值计算三种。
1.2.1 实验研究汽车空气动力学试验主要包括模型风洞试验法、实车风洞试验法和实车道路实验法。
实验研究在空气动力学研究中占有十分重要的地位,它可以更真实地模拟汽车实际行驶状况,并可以提供建立理论模型的依据、检验理论及计算结果的准确性和可靠性。
道路试验只有在汽车样车生产出来后才能进行,属于汽车空气动力学实验研究后期的一个手段,风洞试验则能在汽车设计研发早期开展,是汽车开发或已有汽车变型发展过程中内外形设计的重要手段。
但是实验方法受限于试验环境、实验手段、设备和经费等物质条件。