厢式货车与客车会车过程的气动特性研究

发布时间：2020-06-05 08:48

【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。
【图文】：

车身表面,小轿车,压强分布

算流体力学基本理论逡逑流体力学（ＣＦＤ）是一种用计算机来模拟流体流动的系统分析工流体力学具有应用面广、适应性强以及耗费成本低等优点，目前于汽车空气动力学研究、高速铁路气动特性研宄以及航空动力学等力学分析一般应用于产品的概念设计、成型设计、以及优化改进等思想是用一系列离散点上的变量值集合来代替原本在时间域和空理场，并以一定的方式建立起反映这些离散点上变量之间关系的求解方程组，以此获得所要研宄的问题的解１＠６５］。逡逑车外流场的基本假设逡逑在行驶时的速度一般都小于声速，在此条件下可以把空气视作不了汽车表面边界层区域外，绕流车身表面气流的温度和速度都不

厢式货车,几何模型

山东大学硕士学位论文逡逑隙以及曲面是否封闭，都会对网格生成的质量产生重要影响。经过反复实践发现，，逡逑当生成的网格质量在０．４以下时，会造成动网格在运动过程中扭曲度过大，影响逡逑计算的精度以及收敛性，甚至出现计算中断的情形。因此，为了获得较高质量的逡逑网格，在用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件绘图时，对模型表面的一些细部特征进行简化。实逡逑践证明，计算过程中忽略这些细部特征不会对汽车的真实流场造成较大影响，但逡逑会大大优化网格的生成质量。完成几何模型的创建之后，便可导入ＩＣＥＭ软件建逡逑立计算域并进行网格的划分，并进行数值计算。逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U461.1

【参考文献】