某SUV车轮周围流场对整车外流场的影响研究

摘要

随着油耗法规的日益严苛，汽车空气动力学的研究日益重要，汽车车轮作为汽车的重要部件，对空气动力学的影响很大，流线型汽车车轮对气动阻力的贡献甚至高达50％。进行车轮周围流场对整车外流场的影响研究，能够帮助人们更加了解车轮周围流场的分布及其对整车外流场的影响;其次，可以指导整车外流场的优化，从而提高整车的气动特性。本文采用数值模拟为主的方法进行的研究。
　　首先，采用CATIA进行逆向建模，获得了1∶1的整车模型，使用HYPERMESH软件进行了面网格的划分，应用STARCCM+进行了体网格生成、边界条件的设定及仿真计算。为确保仿真结果的可信性，将原始模型的仿真结果与试验结果进行对比，验证了模型的准确性。
　　其次，分析了车轮旋转、静止对整车外流场的影响，得出车轮旋转主要影响的是车轮周围流场、底部流场及尾部流场，静止车轮边界条件下的气动阻力系数、气动升力系数均大于旋转车轮边界条件下的相应的值。
　　最后，针对原始模型车轮周围流场进行分析，确定了影响车轮周围流场的7个不同因素及这些因素的水平数。应用均匀设计方法建立30种不同的整车模型并进行了仿真分析，在简化建模及仿真过程中，进行了CATIA二次开发和STARCCM+的Windows批处理开发，极大的简化了研究的流程。应用MINITAB就各因素对气动阻力系数的影响进行了分析，并进行了最优参数的预测，根据寻优结果进行模型的搭建、仿真计算，将最优模型与原始模型进行对比分析，得出整车气动阻力系数下降0.062，降幅为15.9％，表明车轮周围流场对整车外流场的影响很大，针对汽车车轮的气动减阻能够达到降低整车气动阻力的目的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的主要内容

2 汽车空气动力学及试验设计概述

2．1 汽车空气动力学发展概述

2．2 汽车外流场的数值模拟理论基础

2．2．1 流体动力学的基本方程

2．2．2 湍流模型

2．3 汽车周围的基本流场及受力分析

2．3．1 汽车周围的基本流场

2．3．2 汽车的受力分析

2．4 试验设计方法概述

2．4．1 试验设计的发展历程

2．4．2 常用试验设计方法的优缺点

2．5 软件简介

2．6 本章小结

3 CAD模型的创建

3．1 逆向工程及逆向软件简介

3．2 CATIA逆向建模

3．2．1 逆向建模前的准备工作

3．2．2 逆向建模过程

3．3 本章小结

4 原始模型的搭建及计算结果的分析

4．1 原始模型的搭建

4．1．1 计算域的搭建

4．1．2 网格划分

4．1．3 边界条件的设定

4．1．4 物理模型的选取以及边界层的设定

4．1．5 计算收敛判据

4．2 计算结果的对比分析

4．2．1 原始模型仿真分析结果与风洞实验的结果对比分析

4．2．2 车轮旋转、静止对汽车外流场的影响分析

4．3 本章小结

5 基于均匀设计的车轮气动优化

5．1 原始模型车轮周围影响因素的分析

5．2 试验设计方案的确定

5．3 实验设计方案模型的搭建及计算

5．3．1 实验设计方案模型的搭建

5．3．2 实验设计方案模型的计算

5．4 试验设计的分析

5．4．1 试验数据的统计

5．4．2 多元回归方程的假设检验

5．4．3 试验设计数据的回归处理及分析

5．4．4 最优模型与原始模型的对比分析

5．5 本章小结

6 结论及展望

6．1 本文结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文情况

致谢