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某轿车气动特性的CFD分析及优化
响 , 差阻力 约 占汽车 总气 动 阻力 的 5 ~6 . 压 O/ 9 6 5
从 图 4对称 面压力 云 图可 以看 出 , 车头 缘角 、 挡风玻 璃 以及行 李 箱盖 后缘 等 压线 比较密 集 , 味着 较 意
大 的压强梯 度 , 而正压 区压强 梯度大 意 味着 该 区域平均 压强大 和流 动能量损 失大 ; 而在负 压 区压 强梯 度大 则 意 味着该 区域平 均压 强低 和流动 能量损 失大 , 两者相 互作用 的结果 就是气 动阻 力大.
文 章 编 号 :0 0 5 1 ( 0 2 0 0 60 1 0 — 8 1 2 1 ) 20 5 — 6
某轿 车气 动特 性 的 C D分 析及 优 化 F
张 怀 华 , 江 磊 , 建 成 容 郭
(. 南 长 丰 汽 车 沙发 有 限责 任 公 司 , 南 永 州 1湖 湖 4 5 0 ; . 汽 大 众 汽 车有 限公 司 , 211 2一 吉林 长 春 10 1 ; 3 0 1 408) 10 2 3 湖 南 大 学 汽 车 车 身 先 进 设 计 制 造 国 家重 点 实 验 室 , 南 长 沙 . 湖
中 图 法 分 类 号 : 6 . U4 1 1 文献标 识码 : A
0 引 言
随着现 代汽 车工业 和高速 公路 的发展 , 全球 汽车每 年 的产 销量 和保有 量不断 增加 , 汽车产 业 巨大 的能
源需求 , 给石 油资 源带来 越来 越大 的压力. 而汽 车的燃 油 消耗 与其 空气 动力 学性 能 , 别是 气 动阻 力 有很 特 大 的联系. 究 表 明, 研 当车速 达到 8 m/ 0k h时 , 气动 阻力 与滚 动 阻力 几 乎 相等 ; 当车速 为 10k h时 , 5 m/ 气
第 3 O卷
第 2 期
陕 西科 技 大 学 学报
J u n lo h a x i e st fS in e & Te h o o y o r a fS a n i Un v r i o ce c y c n lg
V 0 O NO. L3 2
Apr 01 .2 2
21 0 2年 4月
动阻 力相 当于滚 动阻力 的 2 ~3倍口 . ] 因此 , 研究 汽车 的动气 动力 学 特性 , 通 过改 进其 气 动性 能 , 别是 并 特 对气 动 阻力 的优 化 , 于提 高汽 车的燃 油经济性 有 十分重要 的意 义. 对 传统 的汽 车空气 动力学研 究方 法主要 有理 论分析 、 试验 研究 和数值模 拟[ . 2 汽车空气 动力 学 的数值模 ]
Oute lt G r nd ou Top a i ls nd sde wa l Pr s ur utet 一 1 3 e s eo l , 01 25 Pa
流 处理 . 仿真 中常用 的 湍流模 型 有 R y od tes e n lsSrs 模
M o igwa1 - 4 s vn l.V- 0 m/
摘 要 : 以一轿 车模 型 为研 究对 象 , 采用 C D仿 真的方 法 , F 对其 车 身表 面压 力分布 和车 身周 围
气 流 状 况进 行 了 深 入 地 分 析 和 研 究 , 明 了轿 车 气 动 阻力 产 生 的原 因. 了 实现 对 气 动 阻 力 的 阐 为
优 化 , 合 全 局 优 化 方 法 和 局 部 优 化 方 法 的 优 点 , 迭 代 的 思 想 引 入 局 部 优 化 方 法 中 , 过 迭 结 将 通
拟方 法一 般称 为计算 流体力 学 ( F ) 具 有耗 时短 、 C D , 操作 简便 、 结果 不受实 验条件 影 响等 优势 , 在汽 车空 气 动力 学性 能 的研究 中应 用 最 为广 泛 . 国外 对 C D方 法 的 研究 和运 用 已经达 到 较 高 的水平 , 内虽 然 对 F 国 C D方 法 的研究起 步较 晚 , F 但也 获得 了很 大 的 进步 和成 果 . 目前 , 内运用 C D方 法 对 汽车 主 要 空气 动 国 F 力 学指标 的仿 真 , 风洞试 验验 证 已经 能达 到较高 的精度 . 经 本文 即是基 于 C D方法 , F 对某轿 车 的空 气动 力
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二
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图 1 某轿 车 简 化 模 型
图 2 计 算域 示意 图
为 准确模 拟实 际 风洞 的气流 状况 , 建立 外轮 廓 为长方 体 的计 算 域. 根据 汽 车 外流 场 的特 点 , 结合 以往
对轿 车 的仿 真计 算 是在 大 型商用 软 件 F UE L NT 中进 行 的. 车速 为 4 s , 在 Om/ 时 通过 仿真 计 算得 到 的气 动 阻力 系数 c 为 0 3 8 封 闭进 气 格 栅 时 C .3 , 为 0 2 6 而 封 闭格 栅 的 模 型 风 洞试 验 测 得 的 c .8 , 为
部优 化方 法具有 “ 全局 单调下 降” 点 , 证整个 优化 过程 中气动阻 力一直 降低 , 而优 化 了某轿 车的气动 特 保 从
阻 力. 1 CF 仿 真 分 析 方 法 D
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收稿 日期 : 0 2O — 2 2 1 -1 1
基金项 目: 国家 自然科 学 基 金 项 目( 07 0 3 ; 南 省 科 技攻 关 计 划 重 点项 目(o 9T11 ) 教 育 部 长江 学 者 与 创 新 团 队 发 展 计 划 5 9 58 ) 湖 2 OJ o 4 ; ( 3 1 55 0 7 ; 南 大 学 汽 车车 身 先 进 设 计 制造 国家 重 点 实验 室 自主课 题 ( 1 70 1 . 5 1 00 0 3 )湖 6 05 0 ) 作 者 简 介 : 怀 华 ( 9 4 )男 , 南 省永 卅『 人 , 程 师 , 究 方 向 : 车整 车 性 能 优 化 张 17一 , 湖 市 工 研 汽
化 网格 , 车身 表 面拉伸 出与 其平行 的 三棱柱 网格 作为 附 面层 , 在 以消除 壁面 函数 的影 响. 为提 高计算 精度 , 建立 包 围车身 的密 度核 , 同时 为 了避 免 网格差 异对 仿真 结 果 的影 响 , 在每 次仿 真 过 程 中 , 持模 型 的相 同 保 部分 网格 尺寸不 变 , 同时用 不 同数 目的 网格验 证 网格 的无关性 l . 车底 部 的网格模 型如 图 3 示. _ 轿 4 ] 所
0 2 0 仿 真结果 和实 验误差 在 3 以内 , 明 了仿 真 的可 靠性 . .8, 证
2 原 车 气 动 特 性 分 析
2 1 车 身表 面压 力分析 . 汽 车车 身表 面压力分 布与 汽车外 形有着 非常 密切 的联 系 , 的研 究对 汽 车气 动力 的产生 有 重要 的影 它
代 式的局 部 改型 , 保证 了优 化过程 中气动 阻力是一 直降低 的. 结果表 明 , 气动 阻力 系数 由0 3 8 . 3
降 至 0 3 7, 幅 6 2 , 得 了很 好 的 效 果 . .1 降 .1 取
关键 词 : F 仿真 ; 车 ;空气 动力 学特性 ;气动 阻力 ; C D 轿 迭代 式局部 优化
图 3 底 部 网格 模 型
图 4 纵 对 称 面 压 力 分 布
1 3 湍 流 模 型 及 边 界 奈 件 .
表 1 边 界 条 件 参 数 设 置
汽 车 周 围 流 场 可 以 看 作 是 三 维 不 可 压 缩 粘 性 等 温
流 场. 由于其 外形 复杂容 易引 起气 流分离 , 以应按 湍 所
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3e s r ( on o r , r su e C t u 1
口 1
图 5 车身表 面压 力云 图
图 6 纵对称 面尾 涡示意 图
从 图 5车身 表面压 力云 图可 以看 出 , 车前 部 、 轿 后视 镜 和前 风窗 玻璃 等处 都 有一 定 的 正压 区域 , 是 这 由于 这些 区域都 是直接 承受来 流 冲击 的, 它们是 构成整 车气动 阻力 的主要 因素. 果能够 进一 步改进 车头 如 造型 , 减小 车头 正投影 面积 , 减小 气动 阻力有一 定 的效 果. A 柱 、 风玻 璃与 顶棚 的交 接处 等 , 对 在 挡 由于气 体 的分离 , 致使 这些 区域为 负压 区 , 这些 区域 的气 流分 离会 造 成漩 涡生 成 、 旋转 、 落 , 样 会 消耗 大 量 的 脱 这
第 2期
张 怀 华 等 : 轿 车 气 动 特性 的 C D分 析 及 优 化 某 F
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11 C . AD 模 型 建 立
某轿 车 C AD模 型 是在 UG 中建 立 的. 由于实 车模 型 比较 复杂 , 给 网格绘 制和 仿真 计算 带来 很大 困 会
难, 而且耗 时长 、 效率 低 , 因此 需要对 车 身模 型进行 简化 , 略 一些 对 气动 力计 算 影 响很 小 的 细节 , 门把 忽 如 手 , 刮器 等 , 雨 简化后 的模 型如 图 1所示 .
能量 , 大汽车 的气动 阻力 . 增
2 2 车 身周 围 流 场 分 析 .
汽 车 的流 场分 为外部 流场 和 内部 流场 , 汽 车 空气 动 力 学特 性 的重要 方 面. 是 研究 汽 车周 围 的流场 情
况 , 以更 好 的理解气 流 的运动 情况 , 一步 找出优 化 的方 案. 可 进
将 散 热器 、 中冷 器 、 冷凝器 设置 为多 孑 介 质 , 孔介 质参 数是 根 据各 部件 压 降 与迎 面 风速 的关 系 曲线 的方 L 多
法 确 定. 算域 边界 条件 设置 如表 1 计 . ・ Fra bibliotek5 8・