重型卡车气动性能优化与实验研究
本文关键词：重型卡车气动性能优化与实验研究
更多相关文章： 重型卡车 侧风 风洞试验 计算流体力学仿真 减阻装置
【摘要】：近年来,随着油价不断上涨、雾霾天气持续出现以及国五排放标准的实施,汽车节能已成为汽车设计的必然要求。运用CFD仿真优化和风洞试验手段来降低重型卡车的阻力系数,进而降低汽车的燃油消耗成为一种重要手段。由于重型卡车驾驶室较高,迎风面积大,整车气动阻力较大,同时侧风稳定性也较差,因此改善重型卡车的侧风气动特性对提高燃油经济性及行驶安全性十分紧迫。本文围绕重型卡车整车进行气动优化设计,在驾驶室与货箱的间隙添加横向和竖向导流板,在货箱中下部添加侧裙,在货箱尾部添加尾板来减小重型卡车的气动阻力。本文首先对重型卡车在不同横摆角下的侧风作用进行了数值模拟分析,结果显示,重型卡车的阻力系数、侧力系数、侧倾力矩等均随横摆角的增加而增加,并且增加幅度较大。侧风会严重影响重型卡车行驶的安全性和操纵稳定性,为此在驾驶室和货箱的间隙添加优化后的横向和竖向的导流板,针对添加气动附加装置后的模型进行了侧风状态下的CFD仿真分析,通过对添加气动附件前后驾驶室与货箱间隙气流速度、压力、流线和湍动能的变化,分析了横板和竖板对气流分割包围,减少能量耗散以降低阻力系数的原理。其次在湖南大学HD-2风洞中对重型卡车的比例模型和添加横板和竖板的模型进行了风洞试验,测得不同横摆角下重型卡车的气动六分量和尾部流场分布情况,试验结果显示添加气动附件后重型卡车在有侧风作用时各个横摆角下的阻力系数均有不同程度的减小,而且侧力系数和侧倾力矩并没有因为添加气动附件而增大,反而呈现轻微的减小趋势,也就是说添加侧向整流装置既增强了燃油经济性,又没有降低安全性能。最后,本文还对重型卡车中后部的侧裙和尾板进行了联合仿真优化,侧裙可以防止来自侧向的气流流过底部,尾板可以延缓尾涡的分离,使尾涡的涡核远离车尾。本文定义了侧裙和尾板的四个参数来描述侧裙和尾板几何模型。通过试验设计方法选择30组样本点来构造近似模型,再通过遗传算法寻优,找到使重型卡车阻力系数最小的侧裙和尾板的最佳参数组合。研究结果表明添加优化的侧裙和尾板后重型卡车的阻力系数降低了8.2%。
【关键词】：重型卡车 侧风 风洞试验 计算流体力学仿真 减阻装置
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461.1
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-10
- 第1章 绪论10-15
- 1.1 课题研究背景10-11
- 1.2 国内外研究现状11-13
- 1.3 现有研究方法13-14
- 1.4 本文研究内容14-15
- 第2章 侧风状态下重型卡车气动特性仿真15-29
- 2.1 汽车空气动力学研究内容15-17
- 2.2 湍流理论及模拟方法17-19
- 2.3 重型卡车CFD数值仿真方法19-22
- 2.3.1 数值仿真方法和流程19-20
- 2.3.2 建立几何模型20
- 2.3.3 计算域网格划分20-21
- 2.3.4 边界条件设置21-22
- 2.4 原车模型求解结果与讨论22-24
- 2.4.1 CFD计算结果22-23
- 2.4.2 车身表面压力分布对比23
- 2.4.3 截面Z=-1.8m处的速度分布对比23-24
- 2.4.4 截面Z=-1.8m处的湍动能对比24
- 2.5 添加横板和纵板后气动特性对比分析24-28
- 2.5.1 添加横板和竖板后CFD计算结果25
- 2.5.2 横摆角为 12°时气动特性对比分析25-28
- 2.6 本章小结28-29
- 第3章 侧风状态下重型卡车气动特性试验29-51
- 3.1 汽车风洞类型及构造29-31
- 3.1.1 汽车风洞类型29
- 3.1.2 汽车风洞构造29-31
- 3.2 汽车风洞试验技术要求及试验设备31-36
- 3.2.1 汽车风洞试验准则31-32
- 3.2.2 地面效应模拟32
- 3.2.3 试验模型的制作与安装32-33
- 3.2.4 风洞测试主要设备33-36
- 3.3 原车模型气动测试结果36-43
- 3.3.1 原车模型六分量试验结果36-41
- 3.3.2 试验与仿真气动力系数对比41
- 3.3.3 原车模型PIV试验结果41-43
- 3.4 添加横板和竖板后六分量试验结果43-49
- 3.5 改进效果49
- 3.6 本章小结49-51
- 第4章 基于侧裙和尾板的重型卡车风阻优化51-62
- 4.1 侧裙和尾板的参数化描述51
- 4.2 计算域网格划分51-52
- 4.3 湍流模型及边界条件52
- 4.4 侧裙和尾板的优化设计52-55
- 4.4.1 优化问题描述52-53
- 4.4.2 近似模型的建立53-54
- 4.4.3 试验设计54
- 4.4.4 可靠性验证54-55
- 4.5 优化流程及方法55-56
- 4.6 求解结果及讨论56-61
- 4.6.1 DOE分析及交互效应分析56-57
- 4.6.2 安装优化侧裙和尾板对压力的影响57-59
- 4.6.3 安装优化侧裙和尾板对速度的影响59-60
- 4.6.4 安装优化侧裙和尾板对矢量的影响60
- 4.6.5 安装优化侧裙和尾板对湍动能的影响60-61
- 4.7 本章小结61-62
- 总结和展望62-63
- 参考文献63-67
- 致谢67-68
- 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文68
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，本文编号：1039391
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