丰田landcruiser汽车外围流场的数值模拟.docx
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1、丰田landcruiser汽车外围流场的数值模拟2010年,我国已经成为第一大汽车消费国和第一大汽车生产国,但仍然不是汽车强国,汽车研发能力薄弱,其中汽车高速气动性能与国外高端研发行业仍然存在一定的差距。计算流体动力学方法( Computational Fluid Dynamics, 简称CFD )日益成为汽车空气动力学研究的主要工具和手段,被越来越广泛地应用到汽车的研发过程中。基于计算流体力学中的湍流理论,汽车外部流场模 拟和气动阻力问题已基本解决,但是湍流模型对汽车气动升力的数值计算等问 题仍存在不足。本文从湍流模型求解中遇到的问题出发,提出了解决方法和措 施,并通过汽车风洞实验来验证其有
2、效性,为汽车空气动力学中湍流模型的应 用做了一些有益的探索。本文对丰田陆地巡洋舰landcruiser车型的外部流场进行分析。首先运用 AutoCAD 对汽车模型进行了简单建模,然后在三维CAD 模型基础上建立CFD计算网格模型,运用计算流体力学软件Fluent进行计算。并借鉴湖南大学张海峰的论文基于湍流模型的汽车气动特性研究的研究结果选择标准k- e湍流模型,并在划分网格时使用了混合网格减少了网格数、并提高了计算效果。最 后对模拟的结果进行了简单的分析。【关键词】汽车;CAD; CFD;湍流模型1 几何建模的建立几何模型我们参照实际车型的基础上对模型的棱角、弯曲处做一简化。汽车实际尺寸为:全
3、长 5095mm,全宽1970mm,全高1930mm,轴距2850mm, 绘图尺寸与实际尺寸约为 1: 4 的比例,我们以此建立模型如图 1 所示。车轮接地处由于有非常小的夹角,空间狭小,生成的网格质量很差,会影响到整个流场计算的精度。为了解决这个问题,将车轮与地面相接的厚度截去,代之以车轮截面向地面拉伸的小立方体垫板,如图 2 所示。这样,小的立 方体垫板部分模拟了汽车轮胎的承重变形,对整个流场造成的影响可以忽略不计,又改善了车轮与地面相接触的网格质量。2 模拟计算2.1 计算条件的确定汽车在道路上行驶时,除了与地面接触以外,在空间上基本不存在限制。因此,为了使计算结果更接近汽车行驶的真实环
4、境,对计算域的基本要求是:计算域的边界不能对流场形成干涉,使车辆受到影响的流场完全包括在计算域 内。由于气流的分离而在车辆尾部形成了涡流,因此计算域在长度方向上要完全能够把所形成的涡流区包含在内,否则在出口处流动可能尚未达到充分发展的状态,这可能引起计算的不收敛、并导致相当的计算误差。同样,在宽度高度方向上也应该按照这样的原则来确定计算域,并保证内部模拟不受影响。模型尺寸为1966mm (长)M300mm (宽)M36mm (高),如图3图5。2.2 计算网格的划分网格是控制方程离散的基础和 CFD 模型的几何表达形式,也是模拟的载体。网格分布的形式和密度对CFD 计算精度和计算效率有重要影响
5、。合理的网格分布可以提高收敛速度,提高数值计算精度。本文使用 ICEM12.7 进行网格的划分。网格的大小,决定了计算的精度,网格越小,越能贴合汽车表面,但是网格太小,又会造成网格数目巨大,计算费时,甚至由于计算机硬件的限制有可能无法生成网格。所以在汽车表面的敏感区参数变化梯度大,网格需要加密;在非敏感处参数变化梯度小,可以取较疏网格,因此,根据需要安排网格疏密,划分后如下图6图9。2.3 计算条件的选取2.3.1 计算模型的选取借鉴湖南大学张海峰的论文基于湍流模型的汽车气动特性研究的研究结果选择Realiable湍流模型。标准k e模型、Realiable模型、RNG模型三种模型中Reali
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