车轮气动阻力及传热性能研究

发布时间：2017-12-09 19:06

  本文关键词：车轮气动阻力及传热性能研究

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【摘要】：汽车设计的三大主题——节能、环保、安全,给整个汽车行业的发展方向做出一个明确的要求。随着我国汽车保有量的不断攀升,能源资源紧张、尾气污染严重、汽车安全事故频发,成为社会发展亟待解决的问题。整车气动阻力直接关系到汽车的燃油消耗率,是汽车节能减排的重要突破口,而车轮对整车流场的形成和发展具有不可忽视的影响,因此研究车轮的气动阻力特性,对于改善整车的燃油经济性、减少有害尾气的排放具有重大意义。而汽车制动盘作为关乎汽车行驶安全的重要部件,有90%的热量是通过对流散热的方式传递给轮腔的空气,通过对车轮附近流场的研究,改善经过制动盘表面冷却气流的速度和状态,进而提高制动盘散热性能,避免因制动盘温度过高而造成的制动失效,对于提高汽车的行驶安全性,意义重大。本文是结合国家自然科学基金项目《镁铝合金组装式车轮结构-材料-性能一体化轻量化多目标优化设计方法研究》(项目编号:51475201)进行的。首先,利用FLUENT软件对独立车轮附近的空气流动状态进行CFD仿真,分析轮辐数量、轮辐宽度、轮辐厚度和轮辐弯曲方向等轮辐形状因素对独立车轮气动阻力的影响。由于独立车轮附近气流流场和其置于整车模型下的气流流场是完全不同的,因此接下来对整车模型下车轮的气流流场进行数值计算,分析车轮附近流场对整车气动阻力以及轮腔内传热情况带来的影响,并对整车气动仿真结果和风洞试验数据进行对比分析,验证气动仿真计算的准确性;其次,对不同轮辐数量、轮辐间开口面积和轮辐样式的车轮进行仿真对比分析,归纳以上轮辐形状因素对整车气动阻力以及轮腔内传热情况的影响规律,为详细的轮辐尺寸优化提供参考;最后,运用Hypermorph高级网格变形软件对车轮进行有限元参数化建模,共定义8个参数变量,依照最优拉丁超立方采样方法安排35次仿真试验,建立克里金近似模型,选择NSGA-II优化算法对车轮轮辐进行多目标尺寸优化,得到具有理想气动特性又兼顾制动盘散热性能和车轮减重的轮辐优化设计方案。对优化前后的车轮性能进行对比分析,在满足车轮减重4%前提下,优化后的整车气动阻力降低了5.03%,轮内传热特性提高了4.47%,同时,车轮的各项结构性能指标仍然满足要求,验证了本文这种综合考虑整车气动阻力、制动盘散热性能和车轮轻量化的参数化多目标优化设计方法的可行性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U461;U463.34

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本文编号：1271498