开窗对厢式载货汽车气动特性的影响

发布时间：2020-09-07 14:22

　　随着我国经济的快速发展,人们的生活及物质需求也随之提高,体现为城市的扩大以及城市与农村之间的互通,这也带动了物流行业的发展,伴随我国高速公路的不断建成和使用,以及通车总里程的逐年增加,给载货汽车运输带来了前所未有的机遇和很大的发展前景。载货汽车的运输在促进经济发展的同时也带来了能源问题,其因长途运输、质量大、迎风面积大等特点使其具有较大的气动阻力系数从而对能源消耗较大,在当下人们越来越关注节能减排这一主题之时,关于载货汽车降低其气动阻力系数的研究便显得尤为重要。因货车长途行驶时驾驶时间长,车速略低于轿车,故一些驾驶员在夏天更倾向于开窗行驶,其一是使驾驶室内保持良好的通风效果以及驾驶员自己良好的驾驶状态,其二是通过关闭空调降低发动机的负荷使汽车保持一定的动力,一些学者研究发现,轿车在无横摆角下开窗行驶会产生较大的气动阻力系数,在轿车方面进行了多种开窗行驶方案的研究,而货车因为驾驶室和货箱的双体或者多结构因素,开窗行驶时的空气动力特性将会产生变化。相比轿车,货车在此方面的相关研究成果较为缺乏,对货车的产品开发与使用的可供参考数据极其匮乏,因此本文对载货汽车开窗行驶的气动特性展开深入研究,具体研究分为三个部分,内容概括如下:第一部分主要进行厢式货车平头式驾驶室简化模型的机理研究,分析驾驶室双侧窗同步开启且侧风存在条件下流场产生的变化,并探究气动特性变化的原因和机理;分析可知,当汽车横摆角从0°增大为15°时,开窗所受气动阻力小于封闭车窗行驶时所受的气动阻力,其机理主要为开窗行驶时,迎风侧的分离气流一部分继续原本的气流流动,另一部分进入驾驶室内部并汇入背风侧分离气流,改变了背风侧的流场流动状态减小了后部的尾流区,进而降低了压差阻力,从而获得了较好的气动阻力系数。在简化模型机理研究的基础上,本文的第二部分将对复杂模型数值仿真进行研究。本文第二部分将运用数值模拟方法对实车复杂模型流动特性展开研究,通过对比分析流场压力分布变化、速度矢量变化以及总压等值面图的结果可知,在横摆角为15°全开窗行驶时,驾驶室内部后部出现明显的负压区,且从迎风侧进入流经驾驶室与背风侧气流汇合的气流减缓了背风侧气流的分离,这是载货汽车实车模型气动阻力系数降低的重要原因。由于仿真计算时间较长,模型较复杂,需要对仿真结果进行验证,本文的第三部分将通过风洞试验对复杂模型仿真进行验证,分别对0°和15°横摆角下不同车窗开度的厢式货车缩比模型进行风洞试验验证,通过利用吉林大学风洞实验室的六分力天平以及数据采集设备获得不同横摆角与不同车窗开度之间气动阻力系数的变化规律。根据试验结果分析可知,在横摆角为15°时,车窗全开时模型的气动阻力系数小于车窗封闭时的气动阻力系数,所得结果趋势与第二部分和第三部分中仿真研究所得结论保持一致,进而验证了仿真方法的可靠性。综上所述,本文研究了载货汽车开窗行驶的空气动力特性,即横摆角以及车窗开度对于气动阻力系数和流场的影响,得到如下结论:横摆角为0°时,车窗全开的气动阻力系数大于封闭车窗行驶;横摆角为15°时,车窗全开时的气动阻力系数小于封闭车窗行驶。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U461.1
【部分图文】：

高速公路,载货汽车,行驶阻力,乘用车

图 1.1 高速公路上行驶的厢式载货汽车载货汽车不同于乘用车，其不具备可以有效降低于其载重量大及行驶里程长等因素，所以更为迫的燃油消耗。而行驶阻力中随着速度的增大，气响也越来越大[7]，同时大量的研究表明，当车速在 9中的气动阻力，会造成长途载货汽车将约 65%的燃其行驶阻力的措施都具有重要意义[8-10]。发现，对于载货汽车在行驶中开窗这一现象气动文主要研究了厢式载货汽车在不同横摆角下开窗研究现状

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吉林大学硕士学位论文1 引入侧风法引入侧风法在风洞试验中通过两个风源，即风洞试验段入口向出口方流和第二个风源使气流在一个水平面内形成一定的角度，并通过这两流的合成气流来模拟真实情况下的侧风作用，如图 2.1 所示。通过改速度大小和第二风源的角度，即可控制最终合成气流的速度和方向，多种多样的侧风环境。在数值仿真模拟中，则需在计算域中设置两个和两个压力出口，通过调节两个速度进口的来流速度大小和方向来实变化。但是此种方法对与风洞试验准确性要求较高，同时也需要较为验设备，牵引模型法同样在风洞试验中难以实现且数据采集困难，故试验未采用此两种方法[48]。

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图 2.2 横摆模型法示意图由于本文风洞试验中采取本方法试验，为了与风洞试验有较好的对比中侧风仿真方法仍选用横摆模型法，此方法具有操作简单，易于实现风洞试验技术汽车风洞试验是指通过动力装置在按一定要求建造的管道中产生可以流，来模拟外界气流的状态，为汽车提供空气动力学试验的一种方法洞试验技术可以分为几方面，有关该实验基本的理论基础，试验所需验方法，确保试验实验数据准确的修正技术以及试验结果数据处理技风洞分为很多种，按气流循环形式来分可分为回流型和直流型风洞，行的风洞试验在吉林大学汽车风洞实验室完成，在第四章对该风洞进绍[49-50]。

【参考文献】