车身尾部结构对轿车尾流场影响的数值分析与优化研究

摘要

随着现代车辆行驶速度的提高，汽车空气动力学特性对车辆动力性、燃油经济性和操纵稳定性的影响越来越突出。其中，与汽车空气动力学特性紧密相关的汽车外流场与气动造型研究已成为汽车制造企业关注的热点问题之一。汽车尾流场是汽车外流场中最复杂的部分之一，其结构特点取决于汽车尾部造型，汽车尾部造型的变化甚至会对汽车外流场产生重大影响。因此，车尾结构变化对尾流场的影响及车尾结构优化研究是汽车空气动力学的一个重要研究方向，对汽车车身的前期开发设计具有重要理论指导和工程实际意义。
　　本文针对轿车尾部相关结构参数变化对尾流场的影响，基于MIRA轿车模型，运用数值研究方法对不同尾部参数的轿车尾流场进行数值分析，并保持前部造型不变，对车尾整体结构进行优化研究，具体研究内容如下:
　　1.汽车空气动力学仿真理论研究与仿真方案验证。针对汽车阻力及尾流场产生机理，研究汽车空气动力学数值仿真理论基础，通过分析各种湍流模型、近壁面处理方法、数值计算方法的优缺点，确定本次数值模拟方案及处理方法。建立阶背MIRA模型，在Star-ccm+软件中进行计算域网格划分并仿真计算，把仿真结果与国内外相关MIRA模型风洞试验数据对比分析，结果表明本次模拟方案及处理方法具有较高可信度。
　　2.轿车尾部相关结构对尾流场影响研究。通过分析构成车尾的侧窗、车顶、后窗、车尾端面、尾部上翘角及后备箱等相关参数的变化范围，得到不同尾部结构参数的阶背MIRA模型。对各尾部结构修改后的模型进行数值仿真研究，分析各结构参数变化对轿车尾流场中气流分离及尾涡结构的影响，综合分析各尾部结构参数的气动阻力系数特点，得出气动阻力系数最小时的各结构参数优选值。
　　3.车尾整体结构最优化分析。在标准MIRA轿车模型前部形状及尺寸基础上，基于车尾各结构参数单独变化的优选值，综合考虑车尾各结构间的相互影响，以气动阻力系数最小为最优化目标，运用正交试验设计方法，对车尾整体结构进行最优化分析，得出车尾相关结构对气动阻力系数影响大小及车尾各结构相互影响下的最优参数值。建立车尾整体结构最优化模型并进行仿真计算，对比优化模型与原车模型数值仿真结果，研究表明，轿车车尾结构整体最优化使气动阻力系数相对与原车减小0.04481，减阻率达14.31％，可以有效减小轿车空气阻力系数，降低气动阻力，提升车辆经济性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究方法及内容

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

第二章 汽车空气动力学数值计算理论

2．1 气动阻力及尾流场产生机理

2．2 控制方程

2．3 湍流数值模拟

2．3．1 湍流数值模拟方法

2．3．2 湍流模型

2．4 湍流近壁面处理

2．5 数值模拟的计算方法

2．5．1 常用离散方法

2．5．2 常用离散格式

2．5．3 数值计算方法

2．6 本章小结

第三章 轿车尾流场数值模拟分析

3．1 几何模型的建立

3．2 流场计算域确立

3．3 网格处理

3．3．1 网格分类

3．3．2 网格划分

3．4 边界条件设置

3．5 计算结果分析

3．5．1 数值计算验证

3．5．2 轿车尾部流场分析

3．6 本章小结

第四章 车尾结构参数对尾部流场的影响分析

4．1 车尾结构参数选定

4．2 仿真结果分析

4．2．1 侧窗倾角对尾部流场影响

4．2．2 车顶倾角对尾部气流的影响

4．2．3 后窗倾角对尾部流场的影响

4．2．4 后备箱长度对尾部流场的影响

4．2．5 车尾端面倾角对尾部流场的影响

4．2．6 尾部上翘角对尾部流场的影响

4．3 气动阻力系数与升力系数

4．4 本章小结

第五章 正交试验参数分析

5．1 正交试验简介

5．2 车身尾部结构优化正交试验

5．2．1 参数选择

5．2．2 正交试验结果分析

5．3 车尾最优化模型分析

5．3．1 车尾最优化模型建立

5．3．2 数值计算

5．4 车尾最优化模型尾流场分析

5．5 本章小结

第六章 论文总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文创新点与工作展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文和取得学术成果