前风窗角度对轿车空气动力学性能影响的研究

摘要

汽车技术的快速发展，加上国内燃油价格的持续上涨，使得汽车的动力性和经济性成为了消费者越来越关心的重点，因而对汽车空气动力性能的研究已成为汽车行业的焦点。汽车的外形在很大程度上影响汽车空气动力学特性，本文就前风窗的角度来研究汽车外形对车辆气动阻力系数、升力系数、侧向力系数及剪切应力的影响，以此来分析汽车前风窗角度对空气动力性能的影响。此外，在车辆行驶过程中的空气动力性能也会受到侧风的影响，本文中对比分析研究有侧风和无侧风时的空气动力特性。
　　本文运用了CAD(Computer Aided Design计算机辅助设计)建模、ANSA软件划分网格和Star CCM+（computational continuum mechanics连续介质力学算法）软件。三种软件相结合的算法对汽车外流场进行了数值模拟分析，计算并研究了无侧风和有侧风时不同前窗角度对汽车空气动力性能的影响。
　　将Auto CAD软件构建前风窗20°的车身模型导入到ANSA软件中，改变前风窗角度成为20°、25°、30°、35°和40°的五种车身模型，并进行面的修补，修改好模型后建立有侧风和无侧风两种情况下的计算域。将划分好面网格的五种车身模型导入到流体软件Star CCM+中进行体网格划分，设定物理模型和计算条件并完成流体分析计算。计算完成后输出车身的速度矢量图、压力云图和剪切应力矢量图和气动阻力系数、升力系数、侧向力系数等参数，得出汽车空气动力性能最好时所对应的前风窗的角度。
　　从外流场后处理的分析结果可以看出:前风窗角度的差异使汽车所受横风的影响不同，该影响与汽车外形、车辆行驶速度、有无侧风有关。且车身上下压力差决定汽车的升力系数，车身左右压力差决定侧风系数，车身前后压力差影响气动阻力系数。流体分析得到同一车速、同一边界计算条件的相同条件下20°、25°、30°、35°和40°和五种前窗角度车型中，得出35°车型具有更好气动性能的结论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 汽车空气动力学的发展

1．3 汽车空气动力学的现代研究方法

1．4 国内外研究现状

1．5 本文研究内容

1．6 小结

第二章 汽车外流场数值模拟

2．1 汽车空气动力学理论概述

2．1．1 作用在汽车上的力与力矩

2．1．2 车身表面的压力分布

2．1．3 汽车的阻力特性

2．2 流体的运动方程

2．3 K-O湍流模型

2．4 收敛依据

第三章 汽车车身建模

3．1 车身建模

3．1．1 CAD的选用

3．1．2 车身建模的几个问题

3．2 模型的修补

3．2．1 ANSA软件的选用

3．2．2 车身建模的步骤

3．2．3 车身建模的几个问题

3．3 车身面网格划分

3．4 计算域尺寸的确定

3．5 计算域面网格的划分

第四章 模拟汽车外流场

4．1 Star CCM+软件的选用

4．2 准备工作

4．2．1 启动软件

4．2．2 划分区域

4．2．3 划特征线

4．3 体网格的划分

4．3．1 体网格模型选择

4．3．2 体网格计算边界条件

4．3．3 体网格的生成

第五章 无侧风时不同前窗角度下汽车外流场数值模拟分析

5．1 流体分析边界及计算条件

5．1．1 模型选择

5．1．2 模型初始条件

5．1．3 流体分析计算边界条件

5．1．4 设置求解参数

5．1．5 后处理

5．2 车身速度矢量图

5．2．1 车速为30m／s(108km／h)

5．2．2 车速为20m／s(72km／h)

5．2．3 车速为10m／s(36km／h)

5．2．4 小结

5．3 汽车尾部涡流图

5．3．1 车速为30m／s(108km／h)

5．3．2 车速为20m／s(72km／h)

5．3．3 车速为10m／s(36km／h)

5．3．4 总结

5．4 车身上下压力云图

5．4．1 车速为30m／s(108km／h)

5．4．2 车速为20m／s(72km／h)

5．4．3 车速为10m／s(36km／h)

5．4．4 小结

5．5 车身前部压力云图

5．5．1 车速为30m／s(108km／h)

5．5．2 车速为20m／s(72km／h)

5．5．3 车速为10m／s(36km／h)

5．5．4 小结

5．6 升力系数

5．6．1 运算结果

5．6．2 结果分析

5．7 侧向力系数

5．7．1 运算结果

5．7．2 结果分析

5．8 气动阻力系数

5．8．1 运算结果

5．8．2 结果分析

5．9 本章小结

第六章 侧风下不同前窗角度下汽车外流场分析

6．1 流体分析边界及计算条件

6．1．1 物理模型选择

6．1．2 模型初始条件

6．1．3 流体分析计算边界条件

6．2 车身速度矢量图

6．2．1 车身前后截面速度矢量图

6．2．2 车身尾部速度矢量图

6．3 压力云图

6．3．1 车身顶部和底部压力云图

6．3．2 车身左侧和右侧压力云图

6．3．3 车身头部和尾部压力云图

6．4 车身剪切应力图

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及其取得的科研成果