厢式货车与客车会车过程的气动特性研究

摘要

目前汽车的行驶环境变得越来越复杂，会车、超车、弯道行驶等工况普遍出现。这些复杂工况将导致汽车周围的流场相互干扰，气动力以及气动力矩发生变化，尤其是当车速较高时，会严重影响汽车的操纵稳定性和安全性。此外，汽车在实际道路行驶的过程中，经常会受到侧风作用的影响，侧风大小及角度的变化都会使气动阻力、气动侧向力、横摆力矩、侧倾力矩等发生剧烈变化。鉴于此，为了保障行车安全，研究厢式货车与客车在不同工况和外界条件下会车过程中的气动特性具有极其重要的意义。
　　本文采用瞬态数值模拟的方法对厢式货车与客车会车过程中的三维流场进行研究，分析两车周围气流和气动力系数的变化情况，旨在探讨气动特性的变化规律及其对汽车操纵稳定性和安全性的影响，全文的研究主要包括如下四个方面的内容:
　　首先，对以30m/s速度行驶的单辆厢式货车进行了数值模拟，得到它的气动力系数变化规律以及车身周围流场的分布情况，并通过与前人试验结果以及相关数据的对照，验证了所采用研究方法的可行性，为后续研究方法的选择以及对比分析奠定了基础。
　　采用滑移交界面和动网格技术对厢式货车与客车分别以5m/s、10m/s、20m/s、30m/s四种不同速度下会车的工况进行了数值模拟，研究了不同车速对会车过程的影响，并总结出车速对瞬态气动特性的影响规律。四种会车速度下，厢式货车与客车的气动阻力系数和气动升力系数大体上都呈正弦规律变化，出现一个波峰和一个波谷，气动侧向力系数由于受尾涡的影响，会出现额外的微小波动。随着会车速度的增加，两车外流场对彼此之间的干扰逐渐变得剧烈，气动力系数也随着速度的增加而大幅增加。此外，还从车身表面压力分布、尾部涡流等角度对会车过程中的瞬态流场进行了显示和分析，详细阐述了会车过程中气动力产生以及变化的原因。
　　研究了3m/s、6m/s、10m/s三种不同侧风速度下厢式货车与客车会车时的气动特性。在会车速度相同的情况下，两车气动特性的变化趋势基本一致，均发生了较大的波动，且随着侧风速度的增加，气动力系数的变化幅度也相应增大，尤其是气动阻力系数与气动侧向力系数大大升高，并通过分析Y=1.0m截面的速度云图和压力云图解释了产生这种变化的原因，对可能产生的安全性与操纵稳定性问题进行了分析研究。
　　最后，研究了侧风角度对会车过程的影响。分别对侧风角度β=15°、30°、45°时的会车过程进行瞬态模拟，总结出气动力系数随侧风角度的变化规律。随着侧风角度β的增加，厢式货车的气动侧向力系数逐渐减小，气动阻力系数不断增大，而客车的气动阻力系数逐渐减小，并通过分析X/L=1.0会车位置处厢式货车与客车车身表面的压力分布情况，进一步解释了气动力系数变化的原因。
　　本文主要研究了会车速度、侧风速度以及侧风角度对会车过程中气动特性的影响，总结出气动力系数的变化规律，从汽车空气动力学的角度解释了车身周围流场变化的原因，为复杂条件下的会车安全提供了参考。

目录

声明

摘要

主要符号表

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 会车过程中气动特性的研究方法

1．3．1 汽车空气动力学的研究方法

1．3．2 本文采用的研究方法

1．4 本文主要研究内容

第2章 汽车空气动力学理论基础

2．1．1 气动力和气动力矩

2．1．2 车身表面的压强分布

2．2 计算流体力学基本理论

2．2．2 基本控制方程组

2．2．3 湍流问题的求解方法

2．3 数值模拟求解流程

第3章 单辆厢式货车瞬态模拟结果分析

3．1 物理模型

3．2 动网格技术

3．3 计算域的建立和网格划分

3．4 边界条件和初始条件设置

3．5 气动阻力系数分析

3．6 厢式货车车身周围流场分析

3．7 小结

第4章 车速对会车过程气动特性的影响

4．1 车速与汽车空气动力学的关系

4．2 计算方法与设置

4．2．1 计算域及网格划分

4．2．2 边界条件及会车工况设置

4．3 会车过程的气动力系数分析

4．3．1 不同速度下厢式货车的气动力系数分析

4．3．2 不同速度下客车的气动力系数分析

4．4 会车过程中的流场分析

4．4．1 会车过程中不同时刻的瞬态流场

4．4．2 车身表面的压力场分布

4．4．3 不同会车速度下的瞬态流场

4．5 本章小结

第5章 侧风作用下会车过程的气动特性研究

5．1 侧风种类及其对安全性的影响

5．1．1 侧风种类

5．1．2 侧风对行车安全的影响

5．2 侧风速度对会车过程的影响

5．2．1 计算方法与设置

5．2．2 侧风速度对气动力系数的影响

5．2．3 不同侧风速度下的瞬态流场分析

5．3 侧风角度对会车过程的影响

5．3．1 边界条件和求解设置

5．3．2 不同侧风角度时的气动力系数分析

5．3．3 不同侧风角度下车身表面压力分布

5．4 本章小结

6．1 本文总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢