车轮气动特性研究
发布时间：2023-09-14 00:40
随着国家对节能环保的重视,近几年来汽车空气动力学在我国越来越被重视。对于整车减阻,由于车轮在整车阻力占比超过30%,急需仿真和实验的跟进研究。实现车轮气动力的准确测量和流动结构的精确捕捉是车轮气动特性研究的关键。本文在相关研究的基础上,自主设计测试台架进行实验研究,包括车轮气动力测量和PIV流场测量。仿真采用STAR-CCM+软件重叠网格实现车轮的真实贴地旋转,研究车轮自由来流固定工况和旋转工况流动机理。本文首先通过长圆柱的流场实验验证仿真的准确性,紧接着研究短圆柱的流动特性。长圆柱的贴地绕流属于二维流动,短圆柱属于三维流动,通过对比发现固定工况下虽然短圆柱顶部绕流分离延迟且回流涡更加稳定但由于其侧边气流形成马蹄涡和轮肩涡,大量的能量损耗导致阻力比长圆柱大的多;二者旋转后由于绕顶气流的提前分离带来了不同的影响,长圆柱的阻力会增加而短圆柱的阻力会下降。继续研究不同倒角的三种车轮缩比模型的流动结构,并对比研究三者固定工况和旋转工况流动机理的不同。由于倒角的存在会对车轮产生不一样的涡流结构,旋转的主要是对轮肩涡和马蹄涡产生影响进而决定不同的气动特性,同时发现旋转有稳定气流减轻湍流发生的作用进...
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内关于车轮气动特性研究历史及现状
1.3 国外关于车轮气动特性研究历史及现状
1.4 本文研究内容
第2章 车轮旋转理论基础及实验介绍
2.1 数值模拟理论基础
2.1.1 湍流控制方程
2.1.2 数值模拟方法
2.2 用于模拟的重叠网格技术
2.2.1 重叠网格技术介绍
2.2.2 重叠网格原理
2.2.3 实现车轮贴地旋转的重叠网格设置
2.3 实验模型介绍
2.3.1 研究所选车轮
2.3.2 吉林大学比例模型风洞
2.3.3 二维圆柱和轮胎缩比简化模型
2.4 试验台架设计
2.4.1 试验台架总体布置
2.4.2 试验台架关键设计
2.5 风洞PIV实验介绍
2.5.1 PIV概述
2.5.2 PIV技术原理
2.5.3 PIV测量平面介绍及坐标介绍
2.6 本章小节
第3章 车轮局部流场仿真方法
3.1 数值仿真方案的设定
3.1.1 网格加密策略
3.1.2 计算域及边界条件设置
3.2 二维长圆柱仿真与实验验证
3.2.1 长圆柱表面压力实验与稳态RANS仿真方法验证
3.2.2 PIV实验与RANS仿真方法验证
3.3 长圆柱的二维流动和短圆柱的三维流动流场分析
3.3.1 长圆柱和短圆柱固定流场对比分析
3.3.2 长圆柱和短圆柱旋转流场对比分析
3.4 比例模型的旋转仿真切速度对应和角速度对应
3.5 本章小结
第4章 车轮缩比简化模型的流场分析
4.1 直角车轮模型流场分析
4.1.1 直角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.1.2 直角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.1.3 直角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.1.4 直角车轮固定与旋转流动结构对比
4.2 切角车轮模型流场分析
4.2.1 切角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.2.2 切角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.2.3 切角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.2.4 切角车轮固定与旋转流动结构对比
4.3 圆角车轮模型流场分析
4.3.1 圆角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.3.2 圆角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.3.3 圆角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.3.4 圆角轮胎固定与旋转流动结构对比
4.4 缩比模型对比分析总结
4.5 本章小结
第5章 赛车车轮的气动特性研究
5.1 赛车车轮气动特性实验研究
5.1.1 仿真确定比例模型风洞大阻塞比的影响
5.1.2 赛车车轮气动力测量实验简介
5.1.3 赛车车轮气动特性实验结果分析
5.2 赛车车轮气动特性仿真研究
5.2.1 赛车车轮固定工况流场分析
5.2.2 赛车车轮旋转工况流场分析
5.2.3 赛车车轮固定与旋转工况气动特性对比分析
5.3 不同轮辋状态气动特性分析
5.3.1 固定工况对比分析
5.3.2 旋转工况对比分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢
本文编号：3846213
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内关于车轮气动特性研究历史及现状
1.3 国外关于车轮气动特性研究历史及现状
1.4 本文研究内容
第2章 车轮旋转理论基础及实验介绍
2.1 数值模拟理论基础
2.1.1 湍流控制方程
2.1.2 数值模拟方法
2.2 用于模拟的重叠网格技术
2.2.1 重叠网格技术介绍
2.2.2 重叠网格原理
2.2.3 实现车轮贴地旋转的重叠网格设置
2.3 实验模型介绍
2.3.1 研究所选车轮
2.3.2 吉林大学比例模型风洞
2.3.3 二维圆柱和轮胎缩比简化模型
2.4 试验台架设计
2.4.1 试验台架总体布置
2.4.2 试验台架关键设计
2.5 风洞PIV实验介绍
2.5.1 PIV概述
2.5.2 PIV技术原理
2.5.3 PIV测量平面介绍及坐标介绍
2.6 本章小节
第3章 车轮局部流场仿真方法
3.1 数值仿真方案的设定
3.1.1 网格加密策略
3.1.2 计算域及边界条件设置
3.2 二维长圆柱仿真与实验验证
3.2.1 长圆柱表面压力实验与稳态RANS仿真方法验证
3.2.2 PIV实验与RANS仿真方法验证
3.3 长圆柱的二维流动和短圆柱的三维流动流场分析
3.3.1 长圆柱和短圆柱固定流场对比分析
3.3.2 长圆柱和短圆柱旋转流场对比分析
3.4 比例模型的旋转仿真切速度对应和角速度对应
3.5 本章小结
第4章 车轮缩比简化模型的流场分析
4.1 直角车轮模型流场分析
4.1.1 直角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.1.2 直角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.1.3 直角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.1.4 直角车轮固定与旋转流动结构对比
4.2 切角车轮模型流场分析
4.2.1 切角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.2.2 切角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.2.3 切角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.2.4 切角车轮固定与旋转流动结构对比
4.3 圆角车轮模型流场分析
4.3.1 圆角车轮模型垂直于X轴截面流场
4.3.2 圆角车轮模型垂直于Y轴截面流场
4.3.3 圆角车轮模型垂直于Z轴截面流场
4.3.4 圆角轮胎固定与旋转流动结构对比
4.4 缩比模型对比分析总结
4.5 本章小结
第5章 赛车车轮的气动特性研究
5.1 赛车车轮气动特性实验研究
5.1.1 仿真确定比例模型风洞大阻塞比的影响
5.1.2 赛车车轮气动力测量实验简介
5.1.3 赛车车轮气动特性实验结果分析
5.2 赛车车轮气动特性仿真研究
5.2.1 赛车车轮固定工况流场分析
5.2.2 赛车车轮旋转工况流场分析
5.2.3 赛车车轮固定与旋转工况气动特性对比分析
5.3 不同轮辋状态气动特性分析
5.3.1 固定工况对比分析
5.3.2 旋转工况对比分析
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢
本文编号：3846213
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