【摘要】：目前汽車的行駛環(huán)境變得越來越復(fù)雜,會車、超車、彎道行駛等工況普遍出現(xiàn)。這些復(fù)雜工況將導(dǎo)致汽車周圍的流場相互干擾,氣動力以及氣動力矩發(fā)生變化,尤其是當(dāng)車速較高時,會嚴(yán)重影響汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性。此外,汽車在實際道路行駛的過程中,經(jīng)常會受到側(cè)風(fēng)作用的影響,側(cè)風(fēng)大小及角度的變化都會使氣動阻力、氣動側(cè)向力、橫擺力矩、側(cè)傾力矩等發(fā)生劇烈變化。鑒于此,為了保障行車安全,研究廂式貨車與客車在不同工況和外界條件下會車過程中的氣動特性具有極其重要的意義。本文采用瞬態(tài)數(shù)值模擬的方法對廂式貨車與客車會車過程中的三維流場進(jìn)行研究,分析兩車周圍氣流和氣動力系數(shù)的變化情況,旨在探討氣動特性的變化規(guī)律及其對汽車操縱穩(wěn)定性和安全性的影響,全文的研究主要包括如下四個方面的內(nèi)容:首先,對以30m/s速度行駛的單輛廂式貨車進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到它的氣動力系數(shù)變化規(guī)律以及車身周圍流場的分布情況,并通過與前人試驗結(jié)果以及相關(guān)數(shù)據(jù)的對照,驗證了所采用研究方法的可行性,為后續(xù)研究方法的選擇以及對比分析奠定了基礎(chǔ)。采用滑移交界面和動網(wǎng)格技術(shù)對廂式貨車與客車分別以5m/s、10m/s、20m/s、30m/s四種不同速度下會車的工況進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了不同車速對會車過程的影響,并總結(jié)出車速對瞬態(tài)氣動特性的影響規(guī)律。四種會車速度下,廂式貨車與客車的氣動阻力系數(shù)和氣動升力系數(shù)大體上都呈正弦規(guī)律變化,出現(xiàn)一個波峰和一個波谷,氣動側(cè)向力系數(shù)由于受尾渦的影響,會出現(xiàn)額外的微小波動。隨著會車速度的增加,兩車外流場對彼此之間的干擾逐漸變得劇烈,氣動力系數(shù)也隨著速度的增加而大幅增加。此外,還從車身表面壓力分布、尾部渦流等角度對會車過程中的瞬態(tài)流場進(jìn)行了顯示和分析,詳細(xì)闡述了會車過程中氣動力產(chǎn)生以及變化的原因。研究了3m/s、6m/s、10m/s三種不同側(cè)風(fēng)速度下廂式貨車與客車會車時的氣動特性。在會車速度相同的情況下,兩車氣動特性的變化趨勢基本一致,均發(fā)生了較大的波動,且隨著側(cè)風(fēng)速度的增加,氣動力系數(shù)的變化幅度也相應(yīng)增大,尤其是氣動阻力系數(shù)與氣動側(cè)向力系數(shù)大大升高,并通過分析Y=1.0m截面的速度云圖和壓力云圖解釋了產(chǎn)生這種變化的原因,對可能產(chǎn)生的安全性與操縱穩(wěn)定性問題進(jìn)行了分析研究。最后,研究了側(cè)風(fēng)角度對會車過程的影響。分別對側(cè)風(fēng)角度β=15°、30°、45°時的會車過程進(jìn)行瞬態(tài)模擬,總結(jié)出氣動力系數(shù)隨側(cè)風(fēng)角度的變化規(guī)律。隨著側(cè)風(fēng)角度β的增加,廂式貨車的氣動側(cè)向力系數(shù)逐漸減小,氣動阻力系數(shù)不斷增大,而客車的氣動阻力系數(shù)逐漸減小,并通過分析X/L=1.0會車位置處廂式貨車與客車車身表面的壓力分布情況,進(jìn)一步解釋了氣動力系數(shù)變化的原因。本文主要研究了會車速度、側(cè)風(fēng)速度以及側(cè)風(fēng)角度對會車過程中氣動特性的影響,總結(jié)出氣動力系數(shù)的變化規(guī)律,從汽車空氣動力學(xué)的角度解釋了車身周圍流場變化的原因,為復(fù)雜條件下的會車安全提供了參考。
【圖文】：

算流體力學(xué)基本理論逡逑流體力學(xué)（ＣＦＤ）是一種用計算機(jī)來模擬流體流動的系統(tǒng)分析工流體力學(xué)具有應(yīng)用面廣、適應(yīng)性強(qiáng)以及耗費(fèi)成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前于汽車空氣動力學(xué)研究、高速鐵路氣動特性研宄以及航空動力學(xué)等力學(xué)分析一般應(yīng)用于產(chǎn)品的概念設(shè)計、成型設(shè)計、以及優(yōu)化改進(jìn)等思想是用一系列離散點(diǎn)上的變量值集合來代替原本在時間域和空理場，并以一定的方式建立起反映這些離散點(diǎn)上變量之間關(guān)系的求解方程組，以此獲得所要研宄的問題的解１＠６５］。逡逑車外流場的基本假設(shè)逡逑在行駛時的速度一般都小于聲速，在此條件下可以把空氣視作不了汽車表面邊界層區(qū)域外，繞流車身表面氣流的溫度和速度都不

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑隙以及曲面是否封閉，都會對網(wǎng)格生成的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。經(jīng)過反復(fù)實踐發(fā)現(xiàn)，，逡逑當(dāng)生成的網(wǎng)格質(zhì)量在０．４以下時，會造成動網(wǎng)格在運(yùn)動過程中扭曲度過大，影響逡逑計算的精度以及收斂性，甚至出現(xiàn)計算中斷的情形。因此，為了獲得較高質(zhì)量的逡逑網(wǎng)格，在用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ軟件繪圖時，對模型表面的一些細(xì)部特征進(jìn)行簡化。實逡逑踐證明，計算過程中忽略這些細(xì)部特征不會對汽車的真實流場造成較大影響，但逡逑會大大優(yōu)化網(wǎng)格的生成質(zhì)量。完成幾何模型的創(chuàng)建之后，便可導(dǎo)入ＩＣＥＭ軟件建逡逑立計算域并進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，并進(jìn)行數(shù)值計算。逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U461.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2697796