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《基于尾部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的車(chē)輛氣動(dòng)減阻技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、摘要基于尾部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的車(chē)輛氣動(dòng)減阻技術(shù)研究汽車(chē)是人類(lèi)生產(chǎn)生活中的重要工具之一。隨著汽車(chē)保有量逐年升高，能源與環(huán)境問(wèn)題日益凸顯。面對(duì)能源危機(jī)與環(huán)境惡化，人們意識(shí)到降低車(chē)輛行駛阻力，提高燃油經(jīng)濟(jì)性的必要。汽車(chē)行駛中所受阻力分為氣動(dòng)阻力與滾動(dòng)阻力。當(dāng)車(chē)速較高時(shí)，氣動(dòng)阻力在總阻力中所占比例較大，發(fā)動(dòng)機(jī)做功的較大一部分用于克服氣動(dòng)阻力，因此降低車(chē)輛氣動(dòng)阻力對(duì)提高燃油經(jīng)濟(jì)性意義重大。汽車(chē)行駛時(shí)所受氣動(dòng)阻力主要來(lái)自于車(chē)身前后的壓差阻力，車(chē)身尾部分離流動(dòng)在尾部形成的負(fù)壓區(qū)是汽車(chē)壓差阻力的主要來(lái)源。如果能夠提高車(chē)身尾部壓力，那么將使車(chē)身前后壓力差減小，氣動(dòng)阻力隨之降低。而車(chē)身尾部壓力與尾部分離流動(dòng)結(jié)構(gòu)直接相
2、關(guān)，因此為了降低汽車(chē)氣動(dòng)阻力，改變車(chē)身尾流結(jié)構(gòu)是非常重要的。本文依托吉林省科技發(fā)展計(jì)劃支撐項(xiàng)目，針對(duì)汽車(chē)尾流結(jié)構(gòu)開(kāi)展氣動(dòng)減阻研究。由于汽車(chē)尾部造型各有不同，為避免不同車(chē)型的尾部造型差異所帶來(lái)的影響，對(duì)比以往研究，本文選擇具有車(chē)輛尾部典型特征的35°傾角Ahmed模型作為研究對(duì)象，采用數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，使用隔板與圓孔射流技術(shù)兩種方法對(duì)模型尾流結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，研究這兩種方法的減阻機(jī)理。首先，本文進(jìn)行了Ahmed模型尾流場(chǎng)的仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究。使用雷諾時(shí)均法SSTk-ω湍流模型對(duì)35°Ahmed模型尾流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值仿真，發(fā)現(xiàn)流動(dòng)在該模型尾部近場(chǎng)分離產(chǎn)生四個(gè)主要分離渦，即頂部與底部的
3、橫向分離渦及兩側(cè)分離產(chǎn)生的縱向拖拽渦對(duì)，拖拽渦對(duì)在模型下游發(fā)展時(shí)成為主要流動(dòng)結(jié)構(gòu)。模型頂部分離渦與底部分離渦構(gòu)成模型尾部回流區(qū)，其中頂部分離渦所占空間較大，因此其對(duì)模型尾部壓力分布影響較大。使用針對(duì)本模型設(shè)計(jì)低干擾風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了本文采用的數(shù)值仿真方法的正確性與可靠性。使用SST-DES方法獲得Ahmed模型尾部y=0截面瞬時(shí)流場(chǎng)信息，利用POD本征正交分解對(duì)所得瞬態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行分解，分析模型尾流場(chǎng)中的含能結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)尾部分離渦結(jié)構(gòu)占總能量比例較高。其次，開(kāi)展了門(mén)字形隔板對(duì)Ahmed模型尾流結(jié)構(gòu)控制的減阻研究。針對(duì)Ahmed模型尾流
4、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出門(mén)字形隔板減阻方法。在Ahmed模型尾部斜面上布置門(mén)字形隔板將模型尾部?jī)蓚?cè)分離產(chǎn)生的縱向拖拽渦與頂部分離產(chǎn)生的頂部分離渦隔離，I研究隔板的寬度及布置位置變化對(duì)模型氣動(dòng)阻力的影響。研究表明門(mén)字形隔板可以有效抑制兩側(cè)拖拽渦的發(fā)展，模型頂部分離位置推遲到頂部隔板后緣，頂部分離渦渦核向模型后上方偏移，模型尾部斜面壓力升高，氣動(dòng)阻力系數(shù)降低。使用針對(duì)本模型設(shè)計(jì)的低干擾風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)隔板數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得減阻規(guī)律一致。在所研究的三種寬度的隔板中，寬度w=50mm的隔板減阻效果較好。本研究中最佳減阻效果為隔板寬度w=50mm、間距e=10mm，數(shù)值仿真最
5、佳減阻率為8.39%，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證減阻效果為7.63%。再次，進(jìn)行了射流對(duì)Ahmed模型尾流結(jié)構(gòu)控制的減阻研究。針對(duì)Ahmed模型尾流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用射流對(duì)模型頂部分離渦進(jìn)行控制。在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究中，由于所使用的射流孔孔徑及射流速度較小，減阻效果并不明顯。在數(shù)值仿真研究中，使用孔徑較大的射流孔，發(fā)現(xiàn)射流可以有效控制尾流結(jié)構(gòu)，抑制模型尾部拖拽渦，頂部分離渦向下游移動(dòng)，提高了模型尾部壓力系數(shù)，使得模型氣動(dòng)阻力降低。其中在頂蓋后緣及斜面上邊緣布置法向射流可以達(dá)到5%的減阻效果，而在斜面上邊緣使用水平射流在較低的射流速度下才有減阻效果。頂蓋后緣及斜面上邊緣設(shè)置法向射流，隨著射流速度的增加，氣動(dòng)阻力系數(shù)
6、先減小后增加，而在斜面上邊緣設(shè)置水平射流時(shí)，隨著射流速度升高，氣動(dòng)阻力系數(shù)先減小后增加，在射流速度高于32m/s后失去減阻效果。然后，針對(duì)某卡車(chē)模型進(jìn)行門(mén)字形隔板對(duì)尾流控制減阻應(yīng)用研究。在某卡車(chē)模型尾部添加門(mén)字形隔板對(duì)模型頂部及兩側(cè)分離流動(dòng)進(jìn)行控制，發(fā)現(xiàn)門(mén)字形隔板使貨箱尾部分離向后移動(dòng)至隔板后緣，尾部分離區(qū)變窄，貨箱尾面壓力升高，模型氣動(dòng)阻力降低。對(duì)比不同位置和不同寬度隔板對(duì)氣動(dòng)阻力的影響，具有較好減阻特性的是寬度w=50mm的隔板，而當(dāng)e=10mm時(shí)，達(dá)到最佳減阻效果3.88%，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)得此種工況減阻效果為4.10%。最后，針對(duì)某轎車(chē)模型進(jìn)行射流對(duì)尾流控制減阻應(yīng)用研究。借鑒射流在Ahme
7、d模型上的減阻研究，在頂蓋與后風(fēng)窗交接處添加射流孔，發(fā)現(xiàn)射流使后風(fēng)窗上的氣流不再附著，而是提前分離，車(chē)身行李箱蓋豎直面與后圍表面壓力系數(shù)升高，氣動(dòng)阻力降低。數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所得氣動(dòng)阻力系數(shù)隨射流速度變化趨勢(shì)一致，均為先減小后增加。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的減阻效果略低于數(shù)值仿真，兩種方法在射流速度為40m/s時(shí)，減阻效果最佳，其中數(shù)值仿真減阻3.51%，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)減阻3.26%。本文以35°Ahmed模型為研究對(duì)象，利用數(shù)值仿真與風(fēng)洞實(shí)
