基于离散伴随法与近似模型的整车气动减阻优化

摘要

常用的汽车气动减阻优化方法，如试凑法、近似模型法与离散伴随法，均存在一定的不足。针对这一问题，将离散伴随法与近似模型法结合，为汽车气动减阻优化提供一种快速有效的优化策略。本文以某型量产SUV为研究对象，对其进行了CFD建模与仿真、模型精度验证与仿真结果分析、气动外形减阻优化与分析等工作。主要内容如下：　　1)对整车几何模型进行了合理简化，如删除螺钉、线束等细小结构，并选用适当体网格生成策略，以兼顾仿真精度与效率；根据风洞试验条件，设置仿真边界条件与求解参数；监测风阻系数与残差数值波动幅值，确保仿真结果收敛。　　2)利用风洞试验结果对模型精度进行了对比验证，验证结果表明模型精度可靠；详细分析了压力、速度、湍动能等流场变量的仿真结果，并发现后保两侧存在异常低压区，汽车尾部存在大面积高湍动能区域。　　3)使用离散伴随法对汽车外表面关于风阻系数的灵敏度进行识别，确定前保、后视镜、尾翼、后保等灵敏度较大部位为优化区域；利用网格自由变形技术参数化高灵敏度区域得到设计变量，选用哈默斯雷试验设计法构建设计变量的样本空间并计算出样本点模型的风阻系数，采用Kriging插值法构建设计变量关于风阻系数的近似模型，选择多岛遗传算法对近似模型进行全局寻优。优化结果显示，在优化部位改变量较小的条件下，风阻系数值下降了3.29%，减阻效果明显。结合仿真软件的自动化应用、操作系统的批处理技术，对以上优化过程进行了自动化处理，为气动优化任务节约了时间。通过对比分析优化前后的仿真结果，揭示了风阻系数降低的物理机理。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外气动减阻研究现状

1.2.2 国内气动减阻研究现状

1.3 论文的主要研究内容

2 整车气动数值仿真及其理论

2.1 数值仿真理论

2.1.1 流体动力学控制方程组

2.1.2 湍流数值模拟方法

2.2 数值仿真

2.2.1 几何模型处理

2.2.2 CFD建模及求解

2.2.3 模型后处理

2.3 本章小结

3 整车气动仿真结果验证与分析

3.1 仿真结果验证

3.1.1 风洞试验

3.1.2 结果验证

3.2 仿真结果分析

3.2.1 压力分析

3.2.2 速度分析

3.2.3 湍动能分析

3.3 本章小结

4 整车气动减阻优化

4.1 优化理论

4.1.1 气动优化的离散伴随法原理

4.1.2 哈默斯雷采样原理

4.1.3 Kriging插值法原理

4.1.4 多岛遗传算法原理

4.2 设计变量确定

4.2.1 风阻灵敏度识别

4.2.2 设计变量参数化

4.3 气动优化

4.3.1 设计试验

4.3.2 构建近似模型

4.3.3 全局寻优

4.4 仿真软件自动化实现

4.4.1 自动化网格变形

4.4.2 自动化 CFD建模及求解

4.5 优化结果分析

4.5.1 压力分析

4.5.2 速度分析

4.5.3 湍动能分析

4.5.4 分析总结

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢