汽車周圍的氣流場的數(shù)值模擬報告

汽車周圍的氣流場的數(shù)值模擬報告摘要：國內外汽車氣流場的研究主要是采用風洞和實車實驗,費用大，耗時長。目前隨著計算流體力學軟硬件的迅速發(fā)展和商業(yè)軟件的不斷普及,數(shù)值試驗研究也在不斷完善，尤其針對汽車氣流場這類復雜問題,如果能夠通過理論方法模擬氣流場，探討影響氣流場的因素和氣流場分布的有關規(guī)律，將節(jié)省大量的人力、物力。本文工作的出發(fā)點是通過fluent軟件對汽車的行駛進行模擬來研究氣流場。本文主要研究汽車表面附近氣流場分布，為汽車的外形優(yōu)化提供指導。主要進行如下工作:利用fluent軟件計算了汽車在行駛過程中,在不同行駛速度下，汽車周圍氣流場的模擬仿真。結果顯示隨著行駛速度的增加，汽車正表面的阻力明顯增大。本文的研究表明:用fluent模擬汽車周圍氣流場是可行的;同時總結了針對汽車的網(wǎng)格劃分、參數(shù)選取、邊界條件設定，為進一步研究提供一定的參考和依據(jù)。關鍵詞：氣流場汽車表面fluent計算流體力學fluent隨著計算機及計算機技術的發(fā)展而發(fā)展，并逐步形成一門獨立的學科，計算流體力學的興起促進了實驗研究和理論分析方法的發(fā)展，為簡化流動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)成為汽車空氣動力學研究的重要手段，尤其在早期車型開發(fā)中，為車身氣動外形的初選提供了依據(jù)。1流場控制流場運動中，流場的基本運動方程是依據(jù)質量，動量，能量守恒定律按一定的流體流動模型推到的。對空氣來說，當風速小于三分之一風速即408km/h時可以認為是不可壓縮流體。本次模擬的汽車速度在130km/h以下，可以考慮成不可壓縮流動。汽車繞流問題一般為定常，等溫，不可壓縮，采用雷諾N-S方程，為使方程封閉，可以采用標準k—e模型。2幾何模型與計算模型本文采用ProE軟件進行汽車的三維建模。汽車的模型以蘭博基尼2011款LP700—4為原型做適當簡化。車模型的主要數(shù)據(jù)為：車長X車寬X車高（mm）4386x1900x1165軸距（mm）2560 離地間隙（mm） 140前輪/后輪規(guī)格（inch） 235/35R19 295/30R193計算網(wǎng)格與計算條件3.1計算網(wǎng)格為再現(xiàn)汽車的自然行駛狀況，選取一個長方形的計算域。一般長寬高3—5倍的區(qū)域作為計算域比較合適，本文采用8000x15000x5000（mm）長方體。由于汽車周圍的流場非常復雜，為滿足計算要求，并且考慮到曲面較多，為計算方便，采用Tgrid非結構化網(wǎng)格方式，網(wǎng)格數(shù)目為150630個，且網(wǎng)格質量均滿足要求。（measuredminimumvalue：1.4035e—007 measu

redmaximumvalue0.785744)redmaximumvalue0.785744)3.2計算條件車身所建模近似與實際尺寸，但也已略去后視鏡，刮雨器等突出物體，由于技術手段的限制，未能很好地表現(xiàn)跑車的氣動外形。湍流模型選用k—e標準模型。邊界條件的設定為：一個遠端來流方向的壓力進口，一個車身后遠端端面的壓力出口，周圍和小車表面均設為壁面。需要給定的進口初速度，本文分別選擇16.7，27.8,36.1(m/s)04計算結果上面三個圖分別表示小車在60/100/130(KM/H)時的汽車表面壓力分布圖，可以看到該模型的前部壓力較大的區(qū)域處在車頭扁平的面。氣流在到達車頭部位時，受阻最大，然后受到的阻力被分為上部下部側面氣流，車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，車頂部前輪上緣，底部的上緣的壓力較小。由此考慮到車子應該采用流線型設計，并且在車體設計時可適當在壓力較小的區(qū)域使用低強度材料，在壓力較大的區(qū)域采用高強度材料，出于經(jīng)濟及安全性方面的考慮。

上面三圖分別表示在時速60/100/130(KM/H)時，小車車身周圍的氣流流線狀態(tài)。上面三圖分別表示在時速60/100/130(KM/H)時，小車車身表面的氣流速度分布。由小車車身表面的氣流分布圖可知氣流在車頭部速度驟減，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氣流的流速。這是因為汽車底盤與地面距離較小，可以看成構成一個直徑較小的管道，管道的內徑小，流體在其中的粘滯參數(shù)較大，速度損失較大。另外實際情況下由于汽車底盤凹凸不平，形狀復雜，進一步增大了摩擦阻力。汽車上半部分呈流線型分布能夠有效減小阻力。由小車車身周圍的氣流流線狀態(tài)可知，車身尾部空氣流速明顯大于車身周圍的氣流流速，且流速從地面向上逐漸增大。當車身以很快的速度通過一定的空間時，前面分流的空氣不足以瞬間填滿這部分空當，這時就會產(chǎn)生一個壓強差，會把后面的空氣往前推。由于沒有與車身表面的的莫擦，所以氣流速度會比車身表面的速度大，但越近底面，粘滯參數(shù)越大，流速下降越明顯，在一個剖面上可以清晰地看到速度的階梯狀分布。5結論通過對該項目汽車的的fluent數(shù)值模擬的研究，可以定性地了解整車的速度流場結構，并能