汽车外流场数值模拟及优化设计.pdf

第2期
机槭设计与制造
2016年2月
Machinery Design Manufacture
汽车外流场数值模拟及优化设计
张峰,王剑,黄霞,丁军
(重庆理工大学机械工程学院,重庆400054
摘要:利用三维建模软件UG建立阶背式轿车几何模型,并采取CFD技术进行汽车动力学分析。得到轿车气动力分析
结果以及轿车压力分布和尾部速度分布结果。分析结果显示气流在尾部发生了分离,产生了涡流区,増加了汽车前后部
的压差,使汽车阻力和升力增加。为了提升轿车的流场性能,采取了安装扰流板和导流板对汽车流场进行优化设计,并再
次对其进行有服元分析。通过对比优化前后的有限元仿真分析结果,结果表明安装扰流板和导流板的汽车模型的尾部上
方阻力明显增大,升力同时也减小了,大大增加了汽车行驶时的安全性以及汽车的易操控性。
关键词:汽车动力学;气动阻力;CFD;优化设计;扰流板
中图分类号:TrH16;U46文献标识码:A文章编号:1001-3997(2016)02-0223-05
Car Flow Field Numerical Simulation and Optimization Design
ZHANG Feng, WANGJIAN, HUANG Xia, DING Jun
School of Mechanical Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China
Abstract: t used threedimensional modeling softuare UG to establish step back type car model, and adopted CFD
technology for wehicle dynamics anal sis. ts eod mic analysis rests and pressure distribution of cars and tail velocit
distribution results ee obtaned Analysis results showed that the flow separation happened at the end, resulting in the vorte
area, which increased the dife l re ssue of the front and back of the car, mking drag and lif free of the car increase
In order to improve flow field performance of the car, it installed the spoiler and guide plate on the model for the car flow field
ptimization design, then carried on the finite element analysis again. By comparing the finite element simulation analysis
results before and after optimizat on, the resuls showed that the tail at the top f the resisance of the car model installed the
spoiler and guide plate obviously increased, and the lift also reduced at the same time, which grealy increased the car
driving safety and easy handling
Key Words: Vehicle Dynamics; The Aerodynamic Drag; CFD; The Optimization Design; Spoiler
计算机技术的发展和仿真模拟软件的不断优化,原本只有风洞试
汽车工业在刚刚起步阶段,由于汽车设计者没有考虑空气验才能得到的结果现在却可以通过计算机进行模拟仿真。近些
动力学方面的问题,所以当时制造的汽车车速比较低。随者汽李年,空气动力学各方面理论以及计算机技术的不断进步,研究者
理论不断完善,汽车制造的整体水平也在逐步提高,汽车行驶性
和设计者们开始尝试通过计算流体力学( Caleulation Fuid
Dvnamics,CFD)进行仿真模拟鬥国外对汽车外流场的湍流解析
能得到加强。20世纪初,设计者们开始认识到了气动特性的重
模型主要是k-s模型、应力方程模型为代表的时间平均模型和空
要性,以后的几个汽车外部造型变化阶段中都考虑到了气动性能间平均的大满模找法(ILES),计算所使用的网格数己经达到了(
的影响。当今社会汽车行驶速度正在不断提高,对于汽车各方面2-3)x106,计算结果接近真实结果,误差控制在5%以内。国外对
性能提出了严格的要求,同时油价的上涨和空气污染,对于汽车计算流体力学结果的分析大量采用了可视化技术,将庞大而复杂
模型进行不断地改进设计同样是一个严峻考验,并且汽车的安全的计算结果转化为易于研究人员分析和理解的图形动画,提高了
性操作性以及经济性也同样是我们在未来汽车构造的设计和工作效率。国际卡车和发动机公司( International Truck and
改进中考虑的方面。
Engine Corporation)和 Fluent公司合作对公司的一款链挂式集装
实验和理论是研究空气动力学的两种主要方法。现在,随着箱货运卡车进行数值模拟分析,中间运用不同的网格形状、划分
来稿日期:2015-08-04
作者简介:张峰,(1989-),男,河北人,硕土研究生,主要研究方向:机械设计、有限元理论与数值方法研究、流体力学;
丁军,(1978-),男,重庆市人,博土研究生,教授,主要研究方向:有限元数值计算方法装备零部件 CFD/CAD/CAE分析材料的力学性能