长头重型卡车气动减阻优化

发布时间：2020-09-08 19:51

　　随着高速公路的快速发展,重型卡车的速度也变得越来越快。随着石油价格的上涨,改善重型货车的燃油经济性迫在眉睫。GB1589-2016出台后,对长头、平头铰接列车进行尺寸区分,增加了铰接列车的长度。这一政策的出台,使得燃油经济性较好的长头卡车占据有利地位。本文选取某长头重型卡车为研究对象,研究长头重型卡车的整个空气动力学性能优化的过程,包括造型初期的造型面外形优化,和后期整车阶段的气动优化。初期优化主要在不改变造型风格的前提下,对车身曲面进行优化,后期整车优化阶段,受限于总布置、结构性能等原因,无法再对造型面做出较大的改变,因此在一些影响风阻的关键部位添加气动附件,以达到降低风阻的效果。首先,本文对某长头重型卡车的1:1模型进行数值仿真,通过对仿真策略的研究和网格无关性的验证,确定可信的仿真策略。对整个长头重型卡车进行气动优化的过程分为两个部分:造型阶段的外表面优化和后期整车阶段的气动外形优化。造型阶段的优化方式是使用精细化的变形方式对车身表面进行改变,后期整车阶段优化方式主要是添加导流部件。根据优化部位流场的复杂程度以及减阻空间的大小,分为单变量优化和多变量优化。对于一些几何形状简单或者减阻空间不大的部位,进行单一变量优化,通过改变该变量,进而研究流场是怎样随外形改变而改变的,以及变量的不同值对于结果有怎样的影响。对于一些几何形状复杂或者减阻空间较大的部位,采用多变量优化。这样可以较好的控制每个局部特征的变形,进而能详尽的研究变量部位是怎样影响流场的。为了保持车身曲面的连续性,针对不同部位选用不同的变形方法。本文以Hyperstudy软件为基础,将流体分析软件(STAR-CCM+)和网格变形软件(Hypermesh)结合,搭建出长头重型卡车气动外形的自动优化流程。该流程包括试验设计、模型拟合、优化求解这三个部分,旨在将该流程应用于长头重型卡车的空气动力学性能开发流程中,实现高效的降阻,同时通过研究一些有代表性的部位,探索各设计变量对气动阻力的影响机理,为后续的工作长头重型卡车气动外形优化提供参考。通过分析流场特性,最终确定需要考虑的设计变量,一共八个:其中造型阶段的变量包括:遮阳板旋转、发舱盖变形、货箱尾部下压;整车阶段的变量包括:导流罩优化、添加前轮阻风板、添加侧导流板、添加侧裙、添加尾部导流。最终得到的优化结果为:遮阳板旋转减阻1.63%,发舱盖优化后减阻2.31%,货箱尾部下压减阻2.82%,导流罩优化后减阻1.15%,添加前轮阻风板后减阻1.8%,添加侧导流板后减阻1.67%,添加侧裙后减阻3.7%,添加尾部气动附件后减阻2.1%。除去货箱下压这一方案,所有方案综合后,该长头重型卡车的风阻系数由0.432降低到0.387,比Base模型降低了45counts,降幅10.4%。这说明细部优化对整个长头重型卡车的气动阻力来说,有重要作用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.2
【部分图文】：

示意图,优化流程,示意图

图 1.1 优化流程示意图：以 Hyperstudy 软件为基础搭建优化流程，在设定变量参的试验设计算法生成 DOE[42]-[45]矩阵，调用 Hypermesh 软件来进行网格的变形，调用计算流体力学软件 STAR-CCM+计算结果来进一步选择适当的拟合模型[46]-[50]进行拟合变量用优化算法[51]对拟合模型进行最终的寻优，最后，通过 S析，来验证预测的准确性，并分析优化前后流场有什么变究内容对象是某长头重型卡车。首先用计算流体软件 STAR-CCM+型进行流场仿真分析，经过分析，确定车身需要优化的部取不同的优化措施，或直接在造型面上进行变形优化，或位后，根据优化方式的不同分为造型阶段的优化和整车阶

模型图,数值仿真,模型,重型卡车

对于空气动力学性能优化，工程师感兴趣的是湍流在有限时间段和有限空间域上的平均效应，而不是湍流脉动，因此我们只需要得到湍流的流体变量在有限时间段的平均值。雷诺时均方程方法（RANS）是通过对 N-S 方程进行时间平均处理，对流体的平均变量做计算的湍流模型，因此本文选用 RANS 湍流模型进行后续的研究。2.2 基础模型数值仿真通过对某长头重型卡车的几何模型进行几何清理，网格划分，边界、物理条件设定，然后对该长头重型卡车原始模型进行仿真计算，进而研究不同仿真策略对结果的影响。2.2.1 仿真模型如图 2.1 所示该长头重型卡车模型基本尺寸为：长是 11.9m；宽是 2.5m；高是 4.1m。文中仿真的坐标系均如下图所示。

长头重型卡车气动减阻优化

几何清理图

【参考文献】