会车过程的气动特性研究

论文摘要

随着汽车普及速度的加快,人们对汽车的操纵稳定性、安全性和舒适性的要求越来越高,而汽车空气动力特性对汽车的动力性、经济性和操纵稳定性都有直接的影响。会车过程中,两车车身周围气流相互干扰,气动压力产生瞬时变化,导致汽车阻力、侧向力和横摆力矩都发生很大的变化,对汽车的稳定性和安全性产生极大的影响。国内外对车辆空气动力学的研究很多,但主要集中在单辆汽车外流场和列车的会车分析,对轿车会车气动特性的影响研究很少。国内吉林大学有学者研究会车的气动特性变化规律以及超车过程横向间距和车速对气动特性的影响。本文从空气动力学的角度,在前人研究的基础上,采用数值模拟为主的方法,研究瞬态会车过程横向间距、车辆速度等参数对会车过程中车辆气动特性的影响规律以及车辆之间气动干扰的作用机理。利用先进的动网格技术实现汽车会车过程的三维瞬态数值模拟,分别模拟4个不同车速和3个不同横向间距的会车工况。研究目的是分析会车过程中两车周围流场和气动力的变化规律,总结出会车过程两车瞬态气动特性的影响规律,以便为驾驶员在会车过程中适当的操作提供参考,本研究可为交通安全系统和国家级道路修建提供理论参考依据。汽车外流场十分复杂,典型流动特征为三维、粘性、不可压缩、等温、绝热、非定常的湍流流动。两车会车时,由于两车外流场相互干扰,使车身周围流场和压力场不断发生变化,整个流场变得更加复杂。为了确保单车数值模拟结果的正确性和可靠性,对MIRA进行数值模拟,并与风洞试验值进行对比,控制误差在一定范围内,为会车模拟打好数值模拟基础。本文应用数值模拟方法对车辆会车过程的三维流场进行研究,旨在探讨会车过程两车气动特性变化规律以及气动力对汽车行驶稳定性的影响,并得出结论：会车过程,气动力系数呈类正弦曲线变化。当两车首尾平齐时,侧向力达到最大,对车辆稳定性影响最大。接着本文根据公路工程技术标准,对4种不同车速和3种不同横向间距的会车工况进行数值模拟,研究车速和横向间距因素对会车过程的影响,并得出相应的气动力变化规律,总结了车辆速度和横向间距对气动行驶稳定性和安全性的影响,为道路修建和交通安全系统提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 汽车空气动力学研究的方法
• 1.3.1 实验研究法
• 1.3.2 理论研究法
• 1.3.3 数值计算法
• 1.3.4 实验研究、理论分析以及数值模拟的关系
• 1.3.5 本文的研究方法
• 1.4 本文研究的内容
• 第2章 汽车外流场数值模拟的理论基础
• 2.1 基本概念和术语
• 2.2 控制方程组
• 2.2.1 质量守恒方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 湍流附加方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 高级技术
• 2.3.2 实用技术
• 2.4 常用数值模拟方法
• 2.4.1 有限差分法
• 2.4.2 有限元法
• 2.4.3 有限体积法
• 2.4.4 三种数值模拟方法的比较
• 2.5 数值模拟方求解过程
• 第3章 会车过程气动特性数值模拟的研究基础
• 3.1 网格类型
• 3.1.1 结构网格
• 3.1.2 非结构网格
• 3.1.3 混合网格
• 3.2 网格质量要求
• 3.2.1 单元的形状
• 3.2.2 流动流场相关性
• 3.2.3 节点分布
• 3.2.4 光滑性
• 3.3 会车过程动网格技术
• 3.3.1 滑移网格法
• 3.3.2 动态网格法
• 3.4 气动力对车辆稳定性的影响
• 3.4.1 气动侧力对汽车稳定性的影响
• 3.4.2 气动升力对汽车稳定性的影响
• 3.5 单车数值模拟
• 3.5.1 轿车模型的建立
• 3.5.2 单车计算域及网格
• 3.5.3 单车边界条件
• 3.5.4 单车数值模拟结果与比较
• 3.5.5 单车计算流场分析
• 3.5.6 单车模拟结论
• 3.6 本章小结
• 第4章 车速对会车车辆气动特性的影响
• 4.1 车速对气动特性的影响
• 4.2 会车过程数值模拟
• 4.2.1 计算域及网格划分
• 4.2.2 会车边界条件
• 4.2.3 会车过程车辆气动特性分析
• 4.2.4 小结
• 4.3 车速对瞬态会车过程的影响
• 4.3.1 瞬态流场的比较
• 4.3.2 气动力系数的比较
• 4.3.3 小结
• 4.4 本章小结
• 第5章 横向间距对会车车辆气动特性的影响
• 5.1 会车模型的建立
• 5.2 瞬态流场的比较
• 5.3 气动力系数的比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 本文总结
• 6.1 本文的研究工作及结论
• 6.2 本文创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢