汽車空氣動(dòng)力學(xué)1(含流體力學(xué)基礎(chǔ))

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1、傀當(dāng)立名動(dòng)力孽 the vehicle aerodynamics 2009.03.30 ，傀當(dāng)弓名動(dòng)力孽 ■ 1左氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) ■ 2車頭基本尺寸對(duì)車身外流場(chǎng)影響的數(shù) 值模擬 ■ 3湖南大學(xué)菱形新概念車氣動(dòng)特性研究 ■ 4 F1賽車空先動(dòng)力學(xué) ■ 5高性能計(jì)算機(jī)對(duì)車輛不穩(wěn)定：完流的仿真 1空名功力孽基礎(chǔ) 1.1 %動(dòng)力和力矩 1.2 空專動(dòng)力學(xué)基本理論 1.3 車身表面的壓力分布 1.4 車身整體優(yōu)化造型概況 * L1名動(dòng)力必力短 - 汽車空氣動(dòng)力學(xué)是研究空氣流經(jīng)汽車時(shí)的流動(dòng)規(guī)律及 其與汽車相互作用的一門科學(xué)。 - 氣動(dòng)力由車輛行駛速度、車身外形和風(fēng)向角決定。作

2、 用于運(yùn)動(dòng)汽車上的氣動(dòng)力和力矩，分為相互垂直的三 個(gè)分力和三個(gè)繞軸的力矩。 - 空氣阻力指汽車直線行駛時(shí)氣動(dòng)力作用在行駛方向上 的分力。分為壓力阻力（形狀、干擾、內(nèi)循環(huán)、誘導(dǎo) 阻力）和摩擦阻力兩部分。 - 空氣阻力系數(shù)： Fd/a Cd = ~ Pa U ji li名動(dòng)力摩力短 近地面流線形車身氣動(dòng)六分力 V———合成氣流相對(duì)速度，Va= （v：+v;） Vx 一一縱向氣流相對(duì)速度； Vy一一值|向氣流相對(duì)速度（側(cè)風(fēng)速度）： P 橫擺角，B =a「ctg（vy/v0; F工一車身縱向氣動(dòng)阻力； A 一一車身正投影面積或最大橫截面積； Fy —車身倒向氣動(dòng)阻力；

3、 上一一車身垂直方向氣動(dòng)阻力彳 心一一K傾力矩； My——縱傾力矩, 也一橫擺力矩； a 軸距；| 圖1.1 SAE變氣動(dòng)力學(xué)坐標(biāo)系 上L2寶名劫力孽基本理荒 1.2.1 理想流體和不可壓縮流體 理想流體：假想的不具有粘性的流體，當(dāng)會(huì)先繞物體流 動(dòng)時(shí)，若速度不太大，溫度變化很小時(shí)，可處理為理 想流體； 不可壓縮流體：壓強(qiáng)和溫度變化不大時(shí)可處理為不可壓 縮流體；不可壓縮的流體密度設(shè)為專教。 1.2.2 定市流 流體力學(xué)中把充滿流動(dòng)流體的空間叫做流場(chǎng)，若 流場(chǎng)中任何一點(diǎn)的流動(dòng)參數(shù)均不隨時(shí)間變化，則這種 流動(dòng)稱為定常流,否則為非定常流。 在定專流的流場(chǎng)中，流動(dòng)參數(shù)只是全間坐標(biāo)

4、的函 教，和時(shí)間無關(guān)。 例如在風(fēng)洞中進(jìn)行的先動(dòng)力試驗(yàn)，就是一個(gè)定常 流的流場(chǎng)。由于定噂流參數(shù)與時(shí)間無關(guān)，所以在流動(dòng) 的數(shù)值模擬和試驗(yàn)中一般將有關(guān)的問題簡(jiǎn)化為定常流 來處理。 * L2寶名劫力孽基本理荒 1.2.3 流體的基本方程 連續(xù)性方程： 式中: 自、烏一1、2截面上的平均密度 匕，匕一1、2截面上的平均流速 4、4 一】、2截面上的截面積 G一常數(shù) 伯努利方程： 1 2 p+qW =Pd 式中： P一流體^壓力 了一流體流動(dòng)的速度 為一總壓 上L2寶名劫力孽基本理荒 1.2.4 邊界層及其分離現(xiàn)象 雷諾教=慣性力/拈性力 當(dāng)雷諾教極低時(shí)（Re<

5、1）,慣性力影響可以忽略，粘 性力支配整個(gè)流場(chǎng)，此時(shí)阻力祭數(shù)值較大； 當(dāng)在中等雷諾教時(shí)（1皿《『），層流邊界層形成，并 在流經(jīng)物體后部脫體分離，此時(shí)阻力條數(shù)值變化不大； 當(dāng)雷諾教較大時(shí)/內(nèi)『）：，在流動(dòng)分離之前的邊界層, 流動(dòng)已經(jīng)轉(zhuǎn)化成湍流； 當(dāng)雷諾教很大時(shí)，阻力條教則是個(gè)常教，與 Re無關(guān)。 圖1.2車身表面壓力分布 車身表面的壓力分布。 壓力系教： ji i.3號(hào)身表面的壓力分布 如圖所示為某國(guó)產(chǎn)轎車 V——車身某點(diǎn)處氣流速度; V 00 逅處氣流壓力及速度 j| L3號(hào)身表面的壓力分布 1、發(fā)動(dòng)機(jī)罩：負(fù)壓力。這個(gè)區(qū)域中的逆向壓力梯度趨向于 阻礙邊界層氣流在

6、這個(gè)區(qū)域中產(chǎn)生阻力。近年來，發(fā)動(dòng)機(jī)罩 線條的細(xì)部設(shè)計(jì)主要著重于避免完流在發(fā)動(dòng)機(jī)罩上的分離及 其產(chǎn)生阻力的缺陷。 2、在靠近擋風(fēng)玻璃和,隔壁板底部附近：完壓升高。 這個(gè)高氣壓區(qū)域是通風(fēng)，空調(diào)控制系統(tǒng)吸入會(huì)氣或發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn) 完通道的理想?yún)^(qū)域。這個(gè)區(qū)域中的高完壓,常噂侔隨著較低的 速度，有助于防止擋風(fēng)玻璃上的掛水期被完動(dòng)力所擾亂。 3,車頂部區(qū)域：充壓再次降為負(fù)。這個(gè)區(qū)域中的低完壓跡 象可以在敵篷車車頂篷布的波動(dòng)翻騰中看見。 ji i.3號(hào)身表面的壓力分布 4、后窗玻璃到行李箱蓋：由于持續(xù)連續(xù)的孤線，所以向 下沿著后窗玻瘩到行李箱蓋上的壓力保持較低。正是在這個(gè) 區(qū)域中完流分富最可能發(fā)生。

7、在這個(gè)區(qū)域的車身輪廓角度和 細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)要求嗷切關(guān)注空完動(dòng)力學(xué)。由于壓力較低，汽車 兩側(cè)包流將吸入這個(gè)區(qū)域，并促使完流分富。兩側(cè)的氣流 被拖入后部的低完壓區(qū)域，匯合流過潟車頂部完流形成拖在 車尾部的渦流。 分離區(qū)域的大力直接影響空完阻力，同時(shí)完流在車輛 后方發(fā)生向下夸轉(zhuǎn)的程度對(duì)后部的空氣升力產(chǎn)生影響 隨著 %流向下夸轉(zhuǎn)，由于壓力的減小導(dǎo)玫車后部產(chǎn)生更多的會(huì)完 ji 1.3號(hào)身表苞的壓力分布 對(duì)車輛后部的無氣動(dòng)力學(xué)設(shè)討的另一個(gè)要考慮的問題是 對(duì)后窗玻璃和尾燈上有灰塵沉積的可能。氣流分離區(qū)域高強(qiáng) 度的湍流夾帶了松胎從道路揚(yáng)起的水分和灰塵。如果分離中 包含了這些水分和灰塵，會(huì)沉積在這

8、些區(qū)域?qū)σ暰€產(chǎn)生障礙 圖1.3車后部分富點(diǎn)對(duì)灰塵泥爾的影響 j| L3號(hào)身表苞的壓力分布 車身表面的渦流 Trailing Vortex Front Pillar Vortex -Body-side Vortex llnderbody Vortex y Door Mirror Vortex 圖1.4車身表面渦流分布 * L4號(hào)身螫體優(yōu)化道理極況 從20世紀(jì)初葉超，人們一直不懈地努力研究能夠臧力完 動(dòng)阻力的乘用車型。這種目標(biāo)是：尋找一種在接近地面情況

9、 下，在滿足機(jī)械工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、操縱穩(wěn)定性、視野性 等各方面要求的具有最小完動(dòng)阻力的基本理想外形。 1、紡錘收（水珠收）的流線體 早期的航空理論認(rèn)為，具有最小完 動(dòng)阻力的物體的理想外形是紡錘楨（ 水珠狀）的流線體。 圖1.4理想流線型與實(shí)際車體 受其啟發(fā)，人們研制出“炮彈”形， 如圖所示，其完動(dòng)阻力系數(shù)只有0.04。 * L4號(hào)身螫體優(yōu)化道理極況 2、水珠體 研究表明，水珠體只有 在逅富地面的自由大完層中 才具有最低冗動(dòng)阻力，一旦 接近地面，因周圍流場(chǎng)不再 對(duì)稱,阻力系數(shù)陵相對(duì)地面 距富的減少而顯著增大，如 所示當(dāng)相對(duì)地面距富 d=O.l時(shí), 即為普通轎

10、車的 圖1.5水珠形阻力東數(shù)與地面距離 相對(duì)地面距離，這種理想體 的％動(dòng)阻力系數(shù)。由此水謫 我是類車體造型的理想形技。 * L4號(hào)身螫體優(yōu)化道理極況 圖1.6帶夸度的水清形與地面距離 ■研究表明一定夸度的水謫 形狀更適合于汽車外形， 即選擇在給定相對(duì)地面距 ^d=h/D時(shí)，是空完阻力 條教最力的夸度值。由圖 1.6可知，在d=O.l時(shí)，最 佳夸度線應(yīng)在10%左右。 3、卡曼-背 1937年Kamm和Koeing幾乎同時(shí)申請(qǐng)了 一種車身專利， 這

11、種車身也稱為截尾車，即他們通過是研究發(fā)現(xiàn)，將談沒于 尾流區(qū)內(nèi)的車身后部就掉，不伍不會(huì)帶來壓差阻力的增加， 而且在總長(zhǎng)相同的情況下,反而會(huì)提高車身的橫風(fēng)稔定性。 鈍的車輛后端的形枚允許車后座內(nèi)更大的頂部空間且不 會(huì)顯著增加阻力。具有這個(gè)特點(diǎn)的外形板稱為“卡曼-背” CKamm-backJ。 j? L4號(hào)身螫體優(yōu)化造理極況 5、Morelli模型 4、 “鯨狀”理論模型 1970年由美國(guó)人AJ,賽伯-里東 斯基提出了 “綠校”理論模型。該 模型為一個(gè)紈剖面成帶夸度的翼型 ，橫斷面是把兩個(gè)相等的長(zhǎng)軸連接 起來的半橢圓形成的斷面作為最大 的橫截面，上半個(gè)橢圓的短軸比下 半個(gè)橢圓的

12、短軸要長(zhǎng)，水平面呈紛 圖1.7 “鯨狀”理論模型 錘狀流線型，如圖所示。但這種形 我雖然氣動(dòng)阻力較，」） 但先動(dòng)升力 和橫風(fēng)不稔定性都偏大，而且相關(guān) 結(jié)構(gòu)和乘員布置都較為因唯。 1976年，由意大利科學(xué) 院咨助，在平學(xué)法力那 CPininfarinaJ風(fēng)洞 中進(jìn)行一 項(xiàng)旨在探求最優(yōu)化的轎車外形 研究工作，當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是力圖 創(chuàng)造出一種具有優(yōu)異％動(dòng)性能 的轎車外形。 圖1.8 A.Morelli提出的基本形體 以A.Morelli教授為首的課 題組在深入研究的基礎(chǔ)上首先 獲得一個(gè)比例為1:2的基本形 體，如圖L8所示，其為阻力 宗教0.049。 * L4號(hào)身螫體優(yōu)化逼理極況 此

13、后按總部置要求，制成1:1模型并加車輪，如圖1.9, 增至0.16,最后考慮通風(fēng)進(jìn)出口，并加上其它一些修正，先 動(dòng)阻力宗教上升至0?17,如圖1.10。 若將此模型轉(zhuǎn)換成賣車，估計(jì)其阻力宗教不會(huì)超過0.23 該課題組提出的這種較理想的新型轎車外形表明，實(shí)際上能 夠找到比帶彎度流線形更合適于作汽車車身的理想會(huì)完動(dòng)力 學(xué)流線體。 圖1.9 1:1模型并加車輪 圖1.10考慮附屬?空隙設(shè)計(jì)  2000年我國(guó)華南理工大學(xué)黃 向東教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，也 進(jìn)行了有關(guān)最佳車身勿動(dòng)造型方 面的研究。 圖1.11數(shù)室化理想形體 圖1.12最優(yōu)氣動(dòng)外形風(fēng)憫試驗(yàn) 在提出相關(guān)參數(shù)和要求的if

14、提下,運(yùn)用CFD(Computationdl Fluid Dynamics)手段模擬并提出 一個(gè)完全數(shù)室化的理想基本形體, 如圖1.1L并在此基礎(chǔ)上制成 1:3模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，如圖 L12模型實(shí)測(cè)最小乞動(dòng)阻力系數(shù) 為 0.122。 國(guó)內(nèi)淘車會(huì)完動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域著名專彖湖南大學(xué)谷正 完教授從事該領(lǐng)域的研究達(dá)二十多年，在最佳訖車第 動(dòng)外形方面的研究中做了大量的研究工作，谷教授認(rèn) 為完美車型的主要特點(diǎn)是整個(gè)車身的縱、橫向截面的 幾何形我按照一定的合乎會(huì)冗擾流原理的規(guī)律光瞬問 支,整體造型更加新穎，完動(dòng)綜合性能最優(yōu)。 圖1.13湖南大學(xué)2004年提出的類菱形概念車變型 2號(hào)頭基本尺寸對(duì)號(hào)身外

15、法修 圜哈的敢魚模扭 2」空氣動(dòng)力學(xué)教值討算的一般方法 2.2 車頭基本尺寸對(duì)車身外流場(chǎng)影 2.3 簡(jiǎn)單類車體外流場(chǎng)的數(shù)值模擬 2.4 車頭外形的車身外流場(chǎng)數(shù)值模擬 寶名劫力孽散直5算的一般方法 ■ CFD(Computational Fluid Dynamics)是以理論流體力學(xué)和計(jì) 算教學(xué)為基礎(chǔ)，把描述空完運(yùn)動(dòng)的連續(xù)介質(zhì)教學(xué)模型離散成 大型代數(shù)方程組，建立可在計(jì)算機(jī)上求解的算法。 ■ 描述汽車流場(chǎng)的流體動(dòng)力學(xué)基本方程組為三維不可壓縮不定 雅N-S方程組CNavier-StokesJ ,對(duì)其可用線性或非線性方 法進(jìn)行求解。 ■ 教室仿真中的線性方法主要有渦格法和面無法；非線

16、性方法 包括Euler法、番諾平均N-S方程組法CRANSJ、大渦模型 LES fLarge Eddy Simulation；、和直接數(shù)值模擬DNS法等。 留名動(dòng)力孽散它5國(guó)的一般方法 基本方程 假設(shè) 無粘，無旋 無粘 導(dǎo)出方程 線性 Laplace 方程 Euler 法 計(jì)算方法 渦格法/面元法 N-S方程 湍流模型 RANS 法 求解Eu由方程組，數(shù)值 迭代求解用有限體積或 有限元法離散的方程組 用有限體積或有限元法 求解RANS方程組和湍 LES：小渦 模型化 DNS：無 LES/DNS 法 流模型方程組 用有限體積或有限元法 N

17、-S方程組 求解方法 只需離散汽 車?yán)`匹表面 離散汽車?yán)@ 流表面和整 個(gè)計(jì)算域 離散汽車?yán)@ 流表面和整 個(gè)計(jì)算域 離散汽車?yán)@ 流表面和整 個(gè)計(jì)算域 留名動(dòng)力孽散它5國(guó)的一般方法 湍流模型優(yōu)缺點(diǎn)比較： 模型名字 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) Spalart-A Hmaras 計(jì)算量小，對(duì)一定更雜程度的邊 界層問題有較好效果 計(jì)算結(jié)果沒有被廣泛測(cè)試,缺少于模 型，如考慮燃燒或浮力問題 標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)用多，計(jì)算量合適，有較多數(shù) 據(jù)積累和相當(dāng)精度 對(duì)于流向有曲率變化，較強(qiáng)壓

18、力梯度 有旋問題等復(fù)雜流動(dòng)模擬效果欠缺 RNG k一 能模擬射流撞擊，分離流，二次 1 流，旋流等中等更雜流動(dòng) 受到渦旋粘性各向同性假設(shè)限制 Realizable k- 和RNG模型差不多，還可以模擬 圓口射流問題 受到渦旋粘性各向同性假設(shè)限制 雷諾應(yīng)力模型 考慮的物理機(jī)理更仔細(xì)，包括了 湍流各向異性影響 CPU時(shí)間長(zhǎng)（2~3倍）,動(dòng)量和湍流 量高度耦合 留名動(dòng)力孽散它5國(guó)的一般萬(wàn)注 ■數(shù)值模擬是一個(gè)極有前■途的工具。但數(shù)值模擬方法也存在 一些不足o如： 因沒有完全搞清楚湍流等與流流動(dòng)校態(tài)特性，對(duì)有些 問題沒有普遍適用的教學(xué)模型； 在數(shù)值計(jì)算上收斂速率和精度有待改

19、進(jìn)； RANS fRegnolds Averaged Naviel StokesJ 代碼中包 含了經(jīng)驗(yàn)的輸入?yún)?shù)、就新誤差、網(wǎng)格相關(guān)近似、湍流模 型等因素，使得數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果存在差異。 ■數(shù)值工具的發(fā)展取決于對(duì)完流復(fù)雜流動(dòng)特性的更深入的了 解和更精確教學(xué)模型的建立。因此，數(shù)值計(jì)算不可完全替 代物理試驗(yàn)，兩者是互補(bǔ)的關(guān)系。 .2.2專次裸本尺寸對(duì)專身外儻修明而 2006年南京航,空航天大學(xué)張奇碩士學(xué)位 論文《高速車輛車頭改進(jìn)的左專動(dòng)力學(xué)特性研 究》對(duì)汽車在60m/s、70m/s和80m/s速度下 的外流場(chǎng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬和分析，得出高速 時(shí)的外流場(chǎng)分布特性，并在此基礎(chǔ)上，提出具

20、 有指導(dǎo)意義的車身胃部改進(jìn)方法。 2.3簡(jiǎn)單英號(hào)體外流修的數(shù)徑模擬 ■建立幾何結(jié)構(gòu)，生成計(jì)算網(wǎng)格（節(jié)點(diǎn)數(shù)196059） 4U3 圖2.1參考車輛及基礎(chǔ)模型尺寸示意圖 圖2.2流場(chǎng)空間布置及網(wǎng)格劃分 ■ 選擇求斛器和方程：2D標(biāo)準(zhǔn)攵-湍流模型 ■ 確定邊界類型及邊界條件： 人口邊界選取逅端來流方向?yàn)樗俣热丝?，速度為X 方向60m/s,出口邊界為壓力出口,出口相對(duì)壓力為0。 湍流動(dòng)能k和湍流耗散度分別為0.024和0.01 ■ 求解計(jì)算 改變車頭前緣發(fā)動(dòng)機(jī)罩的高度值H,即改變發(fā)動(dòng)機(jī) 罩的傾角（圖2.3a）,同時(shí)改變發(fā)動(dòng)機(jī)罩與擋風(fēng)玻璃交接 的位置,從而改變擋風(fēng)玻璃

21、的傾角Y （圖2.3b）,對(duì)多組 不同參數(shù)下的模型進(jìn)行外流場(chǎng)的數(shù)值模擬。 （a）改變車頭上緣垂直高度 （D）改變發(fā)動(dòng)機(jī)罩水平總長(zhǎng) 圖2.3基本車體模型及車頭尺寸變化示意圖 不同車頭尺寸條件下的阻力系數(shù)值 軸度 發(fā)動(dòng)機(jī)下水平盤 H=90cra H=85cm H=X0cm H=75cm H=70cm H=65cm D=100ciii 0.4183 0.4089 0.4015 0.3957 0.3911 0.3877 D=90cm 0.4143 0.4041 0.3972 0392。 0.3878 0.3845 D=80cm 0.4118

22、 0.4027 03957 03902 0.3860 03832 *.4號(hào)/外影的尊身外儻修教傕模擬 改變基礎(chǔ)模型車頭外形，并對(duì)其外流場(chǎng)數(shù)值模擬 I .? I以■】) I rra 14 d “mo * *U^* IM.-fl IIX Ol ?*<* ? ?” MX?ll lMSa \吶3 XUa.OB 少。，

23、*-0 DO，<，8 ，.山y(tǒng) DMsOI ? Aa>O! 4N，??O， 出g“(n aat**oi ac■.皿 331 9Mos V4CK> 4SW。 0 00-g 圖2.5使用鈍圓弧進(jìn)氣面外形的車身模型外流場(chǎng)速度分布圖 ?2.4尊女外影的專身外流修敢傕模擬 AJtrll g ■ 93900 H, 25cm Cd=0.310 10g 、6?g )F、5 13*01 6 根4M1 ，?3?i 0物?“ 9M^1 143 1班?U 1G5 33& veu-^i OjAYW 4如8 0^X> 圖2.5抬高車頭底部前緣的車身模型外流 場(chǎng)氣流速度分布圖

24、 圖2.6車頭上緣凸頭模型 CD =0.287, 圖2.7擋風(fēng)玻璃和車頂交界面使用大過渡弧度的 車身模型的外流場(chǎng)速度分布圖 ,4號(hào)決外影的專身外沒修教面模擬 ■結(jié)論： 使用鼠好的弧度曲面可以降低車頭的迎風(fēng)阻 力，減少壓差阻力，改善汽車表面的專流流動(dòng)， 減少摩擦阻力。 試驗(yàn)結(jié)果更突出了大圓弧過度對(duì)流場(chǎng)的改善 作用。所以車頭使用單一曲面應(yīng)可以臧少因表面 突變帶來的氣流阻滯，使氣流流動(dòng)更為順暢 3湖面大孽 菱彭薪極含專名幼絹修的無 3.1 菱形新概念車％動(dòng)特性 3.2 車輛橫擺角與阻力系數(shù)關(guān)系 3.3 車輛外流場(chǎng)數(shù)值仿真研究 ，3」菱彭薪極含專名劫5寺俊

25、 為了提高乘用車輛行駛的安全性、乘 生舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性、操紈方便性、外 形美觀性，湖南大學(xué)鐘志華教授等2004年 提出了一種美菱形車，該車輪系按照菱形 布置，前后各一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，車中部為兩個(gè) 從動(dòng)松這種結(jié)構(gòu)。 2005年湖南大學(xué)車輛工程專業(yè)吳軍博士論 文《汽車外流場(chǎng)湍流模型與菱形新概念車氣動(dòng) 特性的研究》內(nèi)今為： 首次對(duì)菱形新概念車車體通過建立低杳諾 數(shù)非線性渦粘性湍流模型（全應(yīng)力輸運(yùn)湍流模 型 WST fwhole stress transport turbulence model；）進(jìn)行數(shù)值仿真，通過深入分析新概 念車車身的低阻氣動(dòng)特性及其與典型汽車之間 的差異，運(yùn)用了多種分析方法

26、來揭示新概念車 擁有低阻性能的原因。 3.1.1風(fēng)洞試驗(yàn) 圖3.1概念車模型風(fēng)洞 試驗(yàn) 圖3.2典型車輛模型 風(fēng)洞試驗(yàn) ，3」菱彭薪極含專名劫5寺作 060- 045 0.50- 0 40- 0 40- 036 ? 0 30- 生。26, 假 020 0 m 0.10. 。。6? 000- 。6? -0.10 ■ ?。 0.40 0.35 0 30 025 010 0 05 000 ▼ -0 05 -010 30

27、 J5 偏滑角（度） —?一阻力系數(shù)Cp -A-升力系數(shù)6 一▼一俯仰力矩系數(shù)Cmz 一■一阻力系效 一 ?一升力系數(shù) 一 ▲一?物用R 新林松 ——蛹冰 —俯幀矩硒 圖3.3典型汽車（左）與新概念汽車（右）氣動(dòng)力力矩和來 流速度、側(cè)偏角的關(guān)系 beta=O --O- - beterS 一?！璪eta=10 -beta=15

28、 圖3.4典型汽車（左）和新概念汽車（右）壓力系數(shù)與不同側(cè)偏角的關(guān)系 圖3.5后擾流板對(duì)壓力系數(shù)的影響 新概念車后擾流板 的作用在于破壞了在車 后部即將形成的強(qiáng)大的 尾渦，致使高速完流被 滯緩，使淘車的尾流結(jié) 構(gòu)由大的旋渦變成了由 一些不規(guī)則的小漩渦構(gòu) 成的湍流,強(qiáng)大的尾渦 減弱了，湍流損失也隨 之減少，從而降低了壓 差阻力。 13」菱彭薪極含4名妙方存俊 圖3.6網(wǎng)格劃分 3.1.2數(shù)值模擬 新概念車模型外流 場(chǎng)計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格單 元總數(shù)為230萬(wàn)個(gè)體積 單元，典型汽車模型外 流場(chǎng)計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格 單元總數(shù)為260萬(wàn)個(gè)體 單* yQ 0 ，3」菱彭薪極

29、含專名劫5寺作 新概念汽車與典型汽車阻力條數(shù)對(duì)比 表3.1新概念汽車數(shù)值模擬阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比 （V = 30m/ beta=O0 無擾流板） 系數(shù) 計(jì)算值 試驗(yàn)值 相對(duì)誤差 阻力系數(shù)Cd 0.271 0.278 2.52% 升力系數(shù)Cl 0.345 0360 4.17% 表3.2典型汽車數(shù)值模擬阻力系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比 C V=30m/s 6613=0 無擾流板） 系數(shù) 阻力系數(shù)Cd 升力系數(shù)G 計(jì)算值 0.303 0.417 試驗(yàn)值 0.312 0.435 相對(duì)誤差 2.88% 4.14% ，3」菱彭薪極含專名劫5寺作

30、 試驗(yàn)值與仿真值對(duì)比結(jié)果 0 2 4 6 8 1Q 12 14 16 1B 20 22 24 26 20 3D 0 2 4 6 0 10 12 14 16 10 20 22 24 26 28 30 32 34 冽點(diǎn) 測(cè)點(diǎn) 圖3.7表面壓力分布計(jì)算值和仿真值結(jié)果對(duì)比 3.1.3外流場(chǎng)性能數(shù)值仿真 ■ 前部和尾部流走仿真 結(jié)果分析: 根據(jù)車身尾部縱對(duì)稱面上的氣流流去分析，新概 念車由于沒有明顯的湍流現(xiàn)象，能夠避免尾部的泥土 上揚(yáng)現(xiàn)象; 而在典型車尾部縱對(duì)稱面上有明顯的兩股湍流， 尤其是由車身底部上溯的湍流，它將導(dǎo)致淘車行駛過 后舂起地面灰塵和積水，分布列車尾整

31、個(gè)滯區(qū)，井部 分附著列車身后部。 ，3」菱彭薪極含專名劫5寺俊 3.1.4汽車模型尾部不同距離橫向就面上的速度矢量 圖3.10汽車尾部不同橫截而取值示意圖 圖3.11截面1 圖3.12截面2 圖3.13截面3 事截備速度矢遭三毒⑥ 佟13.16截面6 截面速度矢量三毒（  9、10截j面 ，3」菱彭薪極含專名劫5寺作 新概念車尾部?jī)H有一對(duì)渦旋,其原因是由于 新概念車優(yōu)前的氣動(dòng)造型，弱化了訖車側(cè)面與車

32、頂部來流匯聚成旋渦的能力，同時(shí)尾部中間的車 輪對(duì)車底部氣流上行也起利了阻礙作用；直到側(cè) 面來流與車身底部來流交匯之后形成一對(duì)旋渦, 而此時(shí)其湍動(dòng)能已經(jīng)減少許多，客觀上減小了渦 流攜帶的能量 ，3」菱彭薪極含專名劫5寺俊 3.1.5汽車模型尾部不同距離橫向截面上的湍動(dòng)能 用車尾部不同位置橫就面的速度矢量只能說明渦 旋在橫向的強(qiáng)度、分布和方向，而渦旋實(shí)際上是全方 伐的。 圖3.18第一截面湍流動(dòng)能 0

33、 懦洗動(dòng)能分布 由以上湍動(dòng)能 分布圖可以看到典型車和新概念 車尾部不同位置的湍動(dòng)能強(qiáng)度的分布。 在同樣的位置處典型車相對(duì)于新概念車有更大 的湍動(dòng)能分布，其物理意義也就是在典型車尾部損 失了更多的湍流能量，所以新概念車相對(duì)典型車的 阻力較小，這在兩種車型的阻力宗教上得到了明顯 的體現(xiàn)。 丫新梭含專奧而裝J風(fēng)陶行.政 ■ 車身前部由于完流阻滯產(chǎn)生壓向車身后部的合力，而車身后 部由于完流速度降低而使壓力回升，產(chǎn)生壓向車身前部的合 力。理想技況下是兩個(gè)方向的合力平衡。 ■ 但是由于車身尾部產(chǎn)生渦流失壓，導(dǎo)致車身胃部的壓力占優(yōu) 務(wù)，從而產(chǎn)生阻力。 ■ 在壓差阻力中，車身尾部的形狀往往起到更大的影響，因?yàn)?尾部形枝所導(dǎo)致完流分離區(qū)域的大?。ㄎ擦鹘Y(jié)構(gòu)）決定了尾部 壓力回升的程度。 ■ 新概念車的尾部專流分離區(qū)域以及湍動(dòng)能強(qiáng)度大大小于典型 車的尾部分富區(qū)域，只損失較小的能量，所以尾部壓力回升 較快,因此新概念車的阻力宗教小于典型車的阻力宗教。