基于多孔介质的厢式载货汽车气动减阻研究

发布时间：2017-10-01 18:07

  本文关键词：基于多孔介质的厢式载货汽车气动减阻研究

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【摘要】：在提倡节能减排的当今社会中,研究货车减阻技术是十分有意义的。随着我国公路交通的快速发展,高速公路上的货车车速也在不断的提高。高速行驶时货车消耗燃油主要用于克服气动阻力,因此货车气动减阻的研究至关重要。将多孔介质材料布置于货车货箱表面,进行气动减阻研究,可以有效提高燃油经济性,实现节能减排。本文的研究内容主要包括以下四个部分:第一部分是对仿真方法进行探究,设计试验获得多孔介质数值仿真所需参数;第二部分是将多孔介质材料布置于三维简化货车模型的货箱表面进行仿真研究;第三部分是分析多孔介质材料对流场的影响,进行减阻机理的探究;第四部分是将最佳减阻方案应用于实车模型,并进行风洞试验的验证。第一部分基于FLUENT软件中的多孔介质模块,利用二维方柱模型进行仿真方法的探究。由于仿真参数无法直接从数据库中获取,因此利用叶轮测速仪和PSI压力扫描阀等设备设计试验,获得流经多孔介质材料的气流流速和多孔介质材料两端的压降,通过数学计算得到数值仿真所需参数。与前人的仿真结果进行对比后,确定该仿真方法的可行性。第二部分是将多孔介质材料布置于简化货车模型的货箱表面,对3种多孔介质材料,5种布置位置,5种材料厚度即75种工况进行仿真分析。数值仿真结果显示,最佳减阻方案为在货箱顶部布置40mm厚度的纤维材料,减阻率为11.26%。通过图表和方差分析的方法进行数据分析,获得了材料属性、布置位置、材料厚度对减阻率的影响规律及主次关系。第三部分分析了多孔介质材料对货车周围流场的影响,对多孔介质材料的减阻机理进行了探究。由于五种布置位置的减阻机理各不相同,而不同厚度、不同材料下的减阻机理较为相似,因此着重分析了布置位置的影响,通过后处理可以得知:1.多孔介质材料使与之接触的表面上的壁面剪切应力大幅下降,因此粘性摩擦阻力也随之降低。2.多孔介质材料改变了其周围的压力分布情况,从而影响了整车的压力场。3.多孔介质材料可以减小顶部和两侧分离涡尺度,使再附着提前,抑制了漩涡对流场的影响。第四部分是将最佳的减阻方案应用于1:7实车模型,并且对数值仿真结果进行风洞试验验证,试验与仿真的结果在工程允许误差范围内,验证了数值仿真的可靠性。本文通过数值仿真与风洞试验的方法,获得了多孔介质材料各参数对减阻率的影响,较为详细的阐述了多孔介质材料对货车周围流场的影响以及其减阻机理,将最佳减阻方案应用于实车比例模型并进行风洞试验验证,为多孔介质材料在高速货车上减阻的应用提供了一定的指导。
【关键词】：多孔介质 气动减阻 数值仿真 风洞试验
【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】：U461.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国内研究现状14-16
• 1.2.2 国外研究现状16-18
• 1.3 本文研究内容18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 第2章 基础理论与前期探索21-39
• 2.1 汽车空气动力学21-22
• 2.2 计算流体力学22-25
• 2.2.1 控制方程22
• 2.2.2 两方程涡粘模型22-25
• 2.3 多孔介质相关理论25-28
• 2.3.1 渗流理论26-27
• 2.3.2 多孔介质模型27-28
• 2.4 仿真参数试验测定28-32
• 2.4.1 仿真参数的求解方法29
• 2.4.2 试验方案29-31
• 2.4.3 二维管路数值仿真31-32
• 2.5 仿真方法验证32-34
• 2.6 网格无关性验证34-36
• 2.7 湍流模型的选择36-37
• 2.8 本章小结37-39
• 第3章 多孔介质减阻仿真及分析39-67
• 3.1 多孔介质减阻仿真模型的建立39-46
• 3.1.1 几何模型的分区40-42
• 3.1.2 计算域42-43
• 3.1.3 网格方案43-45
• 3.1.4 边界条件45-46
• 3.2 减阻效果的评价46
• 3.3 数值仿真结果46-50
• 3.4 仿真结果分析50-66
• 3.4.1 影响主次因素分析50-52
• 3.4.2 各参数影响规律分析52-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第4章 多孔介质对流场的影响及减阻机理探究67-93
• 4.1 不同布置位置下多孔介质对流场的影响及减阻机理探究67-87
• 4.1.1 底部布置多孔介质对流场的影响及减阻机理探究67-72
• 4.1.2 顶部布置多孔介质对流场的影响及减阻机理探究72-77
• 4.1.3 前部布置多孔介质对流场的影响及减阻机理探究77-81
• 4.1.4 后部布置多孔介质对流场的影响及减阻机理探究81-84
• 4.1.5 两侧布置多孔介质对流场的影响及减阻机理探究84-87
• 4.2 不同材料厚度下多孔介质对流场的影响及减阻机理探究87-89
• 4.2.1 不同材料厚度下货箱顶部表面的压力变化88
• 4.2.2 不同材料厚度下多孔介质内部的流场变化88-89
• 4.3 不同材料属性下多孔介质对流场的影响及减阻机理探究89-91
• 4.3.1 不同材料属性下货箱顶部表面的压力变化89-90
• 4.3.2 不同材料属性下多孔介质内部的流场变化90-91
• 4.4 本章小结91-93
• 第5章 工程应用与试验验证93-99
• 5.1 数值仿真方案93-94
• 5.2 风洞试验方案94
• 5.3 多孔介质材料对实车周围流场的影响及减阻机理分析94-98
• 5.3.1 多孔介质材料对阻力的影响94-96
• 5.3.2 多孔介质材料对流场的影响96-97
• 5.3.3 多孔介质材料的减阻机理探究97-98
• 5.4 本章小结98-99
• 第6章 总结与展望99-101
• 6.1 全文总结99-100
• 6.2 本文展望100-101
• 参考文献101-107
• 作者简介及科研成果107-109
• 致谢109

【参考文献】

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本文编号：954874