本文關鍵詞：基于CFD的重型載貨汽車氣動特性研究及造型設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類物質(zhì)需求的不斷提高,重型載貨汽車的問世,迅速受到人們的歡迎,使其迅速成為了高效、快速、便捷、精準的貨物運輸交通工具,被廣泛運用于物流行業(yè)。但隨著國際能源危機、大氣污染和全球變暖等問題的日益加重,就對重型載貨牽引車的設計提出了新的挑戰(zhàn)。要求其不僅要具備強大的運輸能力,同時還需盡量降低對能源的消耗。針對此問題,本論文從空氣動力學的角度出發(fā),對重型載貨汽車的造型與其空氣動力學性能的關系做了深入的研究與分析,并根據(jù)總結的規(guī)律設計了一款長頭重卡車型,使其氣動阻力系數(shù)CD值下降至0.329。本文的主要研究內(nèi)容和特色如下:(1)針對空氣動力學所涉及到的物理量進行了研究與探討,研究了流體在各種不同條件下的運動狀態(tài)與變化規(guī)律和氣流作用于車身時所產(chǎn)生的氣動力與氣動力矩對整車的影響。同時詳細分析了構成氣動阻力的幾大因素,以及其在總阻力中的所占比例。并通過研究CFD技術,對流體力學數(shù)值仿真模擬所涉及到的基礎原理和基本解算方法進行了深入研究,為后期的研究、參數(shù)設定以及數(shù)值分析等工作奠定基礎,擁有更完善的理論認知與技術掌握。(2)對美國能源部所頒布的標準參考重卡模型GCM進行了從模型選擇、三維建模、網(wǎng)格劃分、FLUENT仿真計算設置到數(shù)值比對分析的全面描述與研究,為后續(xù)的實驗建立了統(tǒng)一的標準實驗流程與數(shù)據(jù)參考。(3)通過分別對市場上所常見的四種重卡車型進行了氣動幾何模型的建立和CFD仿真實驗,在經(jīng)過對實驗數(shù)據(jù)的分析比對后,證明了GCM型的重卡車型風阻系數(shù)最低,空氣動力學性能最好。(4)在設計新的低風阻重型載貨牽引車時,以GCM車型為造型參考,針對其風窗角度、車身曲面、貨箱等容易產(chǎn)生湍流的區(qū)域做了進一步的修改與重新設計,使其風阻系數(shù)值CD從0.408下降至0.329。并從美學需求出發(fā),完善了其幾何氣動模型,對其各部分車身立面以及車體細節(jié)部件進行了設計與造型工作,賦予其獨有的產(chǎn)品外觀與產(chǎn)品氣質(zhì)。綜上所述,本文采用空氣動力學的基本原理,利用CFD外流場數(shù)值分析技術對GCM模型以及現(xiàn)有重卡車型進行了驗證及分析。在證明了GCM模型具有較低風阻系數(shù)的情況下,以此類車型為參考,設計出一款新的氣動模型,并在證明其擁有更佳空氣動力學性能后對其外觀進行了更進一步的造型設計,完成了本次課題設計目標。對進一步降低重型載貨汽車的氣動阻力系數(shù)提高燃油經(jīng)濟性具有積極的意義。
【關鍵詞】：重型載貨汽車 CFD 空氣動力學仿真 氣動造型設計
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.2;U461.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景及意義12-14
• 1.1.1 研究背景12
• 1.1.2 研究意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16
• 1.3 課題研究內(nèi)容與方法16-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 研究方法17-20
• 第二章 重型載貨汽車與空氣動力學20-30
• 2.1 汽車空氣動力學基本概念20-23
• 2.1.1 理想流體與粘性流體20-21
• 2.1.2 牛頓流體與非牛頓流體21-22
• 2.1.3 層流流動與湍流流動22-23
• 2.1.4 可壓縮流體與不可壓縮流體23
• 2.1.5 瞬態(tài)流動與定常流動23
• 2.2 外流場作用于重卡的氣動力和氣動力矩23-26
• 2.2.1 氣動阻力與側傾力矩24-25
• 2.2.2 氣動升力及縱傾力矩25
• 2.2.3 側向力及橫擺力矩25-26
• 2.3 氣動阻力的構成及影響26-28
• 2.3.1 形狀阻力26
• 2.3.2 摩擦阻力26
• 2.3.3 誘導阻力26-27
• 2.3.4 干涉阻力27
• 2.3.5 內(nèi)流阻力27-28
• 2.4 本章小結28-30
• 第三章 重卡外流場數(shù)值仿真模擬計算概述30-42
• 3.1 流體力學數(shù)值仿真模擬簡介30-31
• 3.2 流體力學數(shù)值仿真的求解過程31-32
• 3.3 數(shù)值模擬的方法及分類32-33
• 3.3.1 有限單元法32-33
• 3.3.2 有限差分法33
• 3.3.3 有限體積法33
• 3.4 數(shù)值模擬理論基礎33-35
• 3.4.1 質(zhì)量守恒方程33-34
• 3.4.2 動量守恒方程34
• 3.4.3 能量守恒方程34-35
• 3.5 湍流的數(shù)值模擬方法35-38
• 3.5.1 直接模擬法36
• 3.5.2 大渦模擬法36
• 3.5.3 雷諾時均方程法36-38
• 3.6 近壁面處理函數(shù)38-40
• 3.7 數(shù)值計算的求解方法40-41
• 3.7.1 SIMPLE算法40-41
• 3.7.2 SIMPLEC算法41
• 3.7.3 PISO算法41
• 3.8 本章小結41-42
• 第四章 標準參考重卡氣動幾何模型的數(shù)值仿真驗證42-52
• 4.1 標準參考模型的選擇42-43
• 4.2 模型外流場數(shù)值模擬流程43-50
• 4.2.1 流體計算域的建立與合理性論證43-45
• 4.2.2 模型細節(jié)處理45-46
• 4.2.3 模型網(wǎng)格劃分策略46-49
• 4.2.4 FLUENT計算設置49-50
• 4.3 數(shù)值模擬結果的對比與分析50-51
• 4.4 本章小結51-52
• 第五章 四種重型載貨牽引車的氣動幾何模型對比52-62
• 5.1 四種重型載貨牽引車的基本形態(tài)52-53
• 5.2 四種重卡氣動幾何模型的建立及仿真53-57
• 5.2.1 長頭重卡模型54
• 5.2.2 短頭重卡模型54-55
• 5.2.3 平頭重卡模型55-56
• 5.2.4 針對四種模型的數(shù)值仿真設置56-57
• 5.3 四組模型的仿真結果比對57-61
• 5.3.1 分析結果數(shù)據(jù)比對57-58
• 5.3.2 湍流動能云圖對比58-59
• 5.3.3 速度矢量圖對比59-61
• 5.4 本章小結61-62
• 第六章 重卡的空氣動力學造型設計62-82
• 6.1 重卡氣動幾何模型的構建62-65
• 6.1.1 重卡形態(tài)特征提取62-63
• 6.1.2 構建氣動幾何模型63-65
• 6.2 對重卡氣動幾何模型的空氣動力學性能分析65-68
• 6.3 針對重卡氣動幾何模型的細節(jié)造型設計68-77
• 6.3.1 車身正面造型設計69-70
• 6.3.2 車身側面造型設計70-73
• 6.3.3 車身背部造型設計73-75
• 6.3.4 車燈細節(jié)設計75-77
• 6.4 整體造型渲染77-81
• 6.5 本章小結81-82
• 第七章 總結與展望82-84
• 7.1 全文總結82-83
• 7.2 展望83-84
• 參考文獻84-88
• 致謝88-90
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文90

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  本文關鍵詞：基于CFD的重型載貨汽車氣動特性研究及造型設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：253030