某微型客车的气动特性分析及优化

论文摘要

微型客车在2007年销售量超过100万辆,预计其每年的增长率将超过10%。随着汽车技术及高等级公路的发展,微型客车的实际行驶速度越来越高,其气动阻力引起的燃油消耗也随之增加。为了提高运输效益,微型客车的空气动力学性能也越来越被人们重视。计算流体力学方法（computational fluid dynamic,简称CFD）被越来越多的应用到汽车的开发过程中。本文研究了汽车计算流体力学方法的基础理论,对常见的二方程湍流模型标准k -ε模型,RNGk -ε模型,LES湍流模型进行了简要介绍,然后应用这三种湍流模型进行Ahmed钝体的外流场计算模拟并和实验结果对比。经分析,LES湍流模型相对其他两个湍流模型在计算精度上更有优势。但是由于其计算的不经济性,实际工程中的应用并不广泛。经综合考虑,最后本文选用RNGk -ε湍流模型作为微型客车外流场的计算模拟湍流模型。本文在微型客车三维CAD模型基础上建立CFD计算网格模型,运用计算仿真软件CFX对其进行了外流场的计算模拟。通过对外流场的流态详细分析研究,探讨了微型客车外部流场的流动机理、流动特征和气动阻力特性之间的关系,明确了气动阻力产生的原因。针对汽车周围流场存在的问题,提出了相应的优化方案,并对优化后的微型客车进行了燃油经济性分析,结果表明燃油消耗节省了9.92%。在对发动机舱进行散热管理分析前,先对发动机舱的进气格栅进行了优化。在优化进气格栅的基础上进行了发动机舱内的温度场和速度场的计算。并得到散热器的重要参数,为汽车冷却系统的匹配提供重要依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 CFD 技术对气动特性的研究意义及研究现状
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 汽车空气动力学的主要研究方法
• 1.3.1 汽车空气动力学实验研究法
• 1.3.2 汽车空气动力学理论分析法
• 1.3.3 汽车空气动力学数值计算法
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 汽车空气动力学特性
• 2.1 汽车气动特性的研究内容
• 2.1.1 气动力和力矩
• 2.1.2 车身表面压力分布
• 2.2 汽车的阻力特性
• 2.2.1 压差阻力
• 2.2.2 表面摩擦阻力
• 2.2.3 诱导阻力
• 2.2.4 干涉阻力
• 2.2.5 内流阻力
• 2.3 流体阻力理论
• 2.4 汽车的绕流特性
• 2.4.1 汽车的流场
• 2.4.2 汽车周围流场的特点
• 2.5 气动阻力对燃油经济性的影响
• 2.5.1 气动阻力占总阻力的比例
• 2.5.2 消耗于气动阻力的功率
• 2.5.3 气动阻力与燃料消耗量
• 2.6 改善汽车空气动力性能的措施
• 2.7 小结
• 第3章 汽车外流场数值模拟的理论基础
• 3.1 基本控制方程
• 3.1.1 基本方程组
• 3.1.2 雷诺时均方程
• 3.1.3 湍流模型
• 3.2 数值计算方法
• 3.3 数值计算的离散格式
• 3.3.1 中心差分格式
• 3.3.2 一阶迎风格式
• 3.3.3 二阶迎风格式
• 3.3.4 QUICK 格式
• 3.3.5 混合格式
• 3.4 湍流模型比较
• 3.5 小结
• 第4章 某微型客车的外流场计算分析及气动造型优化
• 4.1 汽车空气动力学计算工具
• 4.1.1 商用CFD 软件
• 4.1.2 ICEM、CFX 软件介绍
• 4.2 建立车身模型
• 4.3 计算域的确定
• 4.4 计算网格的生成
• 4.4.1 网格划分基本要求
• 4.4.2 计算域网格划分
• 4.4.3 轮胎接地处网格的处理
• 4.5 边界条件
• 4.5.1 入口边界条件
• 4.5.2 其它边界条件
• 4.6 某微型客车的外流场计算分析
• 4.6.1 微型客车周围流场分析
• 4.6.2 微型客车车身表面压力分析
• 4.6.3 轮腔内的流场分析
• 4.6.4 汽车表面气流分离分析
• 4.6.5 优化方案
• 4.7 某微型客车的气动造型优化
• 4.7.1 改变前、后翘角
• 4.7.2 安装侧裙板
• 4.7.3 加装轮口挡板
• 4.8 风洞实验
• 4.8.1 风洞实验的主要目的
• 4.8.2 湖南大学汽车风洞
• 4.8.3 实验的主要设备及测量仪器
• 4.8.4 实验的内容
• 4.8.5 实验结果及分析
• 4.9 燃油经济性分析
• 4.10 小结
• 第5章 某微型客车发动机舱散热特性分析
• 5.1 发动机舱计算工具
• 5.1.1 FLUENT 软件介绍
• 5.2 发动机舱冷却系统
• 5.2.1 理想的空气冷却系统
• 5.2.2 真车发动机舱内部的空气动力性
• 5.3 发动机的冷却气流与空气动力特性的关系
• 5.4 内部冷却气流的模拟实验
• 5.5 前脸进气格栅的分析及优化
• 5.5.1 前脸进气格栅的计算模型
• 5.5.2 前脸进气格栅的网格划分
• 5.5.3 前脸进气格栅优化思路与计算边界条件
• 5.5.4 计算结果与分析
• 5.6 发动机舱流场及温度场计算
• 5.6.1 发动机舱内流动计算模型
• 5.6.2 发动机舱内流场网格划分
• 5.6.3 发动机舱内流计算工况与边界条件
• 5.6.4 计算结果与分析
• 5.7 小结
• 结论
• 1. 全文总结
• 2. 进一步展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录