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文档简介

《车辆空气动力学与造型》教学大纲一、课程基本信息课程名称车辆空气动力学与造型VehicleAerodynamicsandModeling课程编码MEE220321020开课院部机电工程学院课程团队汽车设计教学团队学分2.0课内学时32讲授30实验2上机(14)实践0课外学时32适用专业车辆工程授课语言中文先修课程课程简介(限选)本课程是车辆工程专业学生研究汽车造型性能的一门专业限选课程。其主要教学内容包括:车辆空气动力学理论及其相关的流体力学基础,几种典型车型的外形气动特性、车辆尘土污染及气动噪声等空气动力学问题,车辆发动机冷却及驾驶室通风等内流问题,汽车空气动力学试验技术以及车辆空气动力学问题数值计算等方面。通过上述内容的学习,使学生掌握汽车造型设计中的空气动力学理论以及与车辆内部和外部相关流场问题的空气动力学分析方法,使学生初步具有车辆流场数值计算的相关能力。Thiscourseisaprofessionalbasiclimitedcourseforstudentsmajoringinvehicleengineeringtostudythemodelingperformanceofautomobiles.Itsmainteachingcontentsinclude:thetheoryofvehicleaerodynamicsanditsrelatedfluidmechanicsFoundation,aerodynamicproblemssuchastheaerodynamiccharacteristicsofseveraltypicalvehiclemodels,vehicledustpollutionandaerodynamicnoise,etc,internalflowproblemssuchasvehicleenginecoolingandcabventilation,vehicleaerodynamictesttechnologyandvehicleaerodynamicnumericalcalculation.Throughthestudyoftheabovecontents,studentscanmastertheaerodynamictheoryinautomobilemodelingdesignandtheaerodynamicanalysismethodsofflowfieldproblemsrelatedtotheinteriorandexteriorofthevehicle,toenablestudentstoinitiallyhavetherelevantabilityofnumericalcalculationofvehicleflowfield.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1:能掌握流体力学与空气动力学基本理论、CFD基本原理以及车辆造型设计与空气动力学基本理论的关系是1.31.32M2目标2:能了解车辆相关空气动力学性能分析的方法是1.31.33M3目标3:能理解提升车辆空气动力学性能的改进方向和措施是4.14.14M4目标4:能以团队协作完成文献调研、汇报和专题报告是10.210.25M5目标5:能保障课程正常秩序否三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论本章重点难点:汽车造型发展历程。M11.0讲授、调研0.6自学21.11.1车辆空气动力学的作用良好动力性、燃油经济性。M10.3讲授//31.21.2汽车空气动力学的发展基本型时期--流线型时期(J、K型车)--最优化时期。M10.5讲授0.5调研41.31.3车辆空气动力学的研究范围车辆空气动力及其对汽车性能影响研究、发动机和制动器冷却特性、采暖通风和空调等。M10.1讲授、展示//51.41.4汽车空气动力学的发展趋势造型方面、研究方法方面发展趋势。M10.1讲授0.1调研6第2章第2章流体力学基础本章重点难点:概念----表压/绝对压力/静压/动压/总压、雷诺数Re、流流线与流谱、边界层;方程----流体动力学方程组。M13讲授3自学72.12.1流体性质流体流动性、压缩性、粘性、热传导性等。M10.5讲授0.5自学82.22.2流体静力学流体静压强、流体微元受力静平衡方程(简)、绝对压强、表压。M10.5讲授0.5自学92.32.3流体动力学一维流动的连续方程、欧拉运动方程、伯努利方程、动量方程。M11.2讲授1.3自学102.42.4管中流动流态与雷诺数Re、管流能量损失(局部、沿程)。M10.3讲授0.3自学112.52.5边界层边界层与雷诺数、边界层厚度。M10.3讲授0.3自学122.62.6流场、流线和流谱流场函数、流线与流谱。M10.2讲授0.1自学13第3章第3章车辆空气动力学概述本章重点难点:气动力对操作稳定性的影响。M13.5讲授3.2自学143.13.1气动力和力矩气动力、力矩。M10.5讲授0.5自学153.23.2气动力对车辆性能的影响气动力对最高车速、加速时间、经济性和操作稳定性的影响。M11.5讲授1.5自学163.33.3车辆气动阻力分类压差阻力、摩擦阻力、干涉阻力、诱导阻力和内流阻力。M11讲授1自学173.43.4车辆流场及流场参数车辆内、外部流场、车身压力、瞬态流场。M10.3讲授0.1自学183.53.5车辆空气动力学特点良好造型性、高性能运动特性、作用力的平衡和良好的稳定性。M10.2讲授0.1调研19第4章第4章轿车气动特性研究本章重点难点:车辆造型与结构对气动阻力、升力等的影响大小。M32讲授2自学204.14.1轿车外形与气动阻力的关系前、中、尾、底部造型和附加装置形状及其位置对气动阻力的影响。M31.4讲授1.5自学、调研214.24.2减小气动升力的主要措施整体、前端、尾部、底部、附加装置等。M30.5讲授0.4自学224.34.3汽车总体参数对气动力的影响位置参数:纵倾角、离地间隙、横摆角;功能参数:载荷、散热器片、车身外露件等。M30.05讲授0.1自学234.44.4轿车气动设计的整体趋势外形、细部、个性化、平滑化。M30.05讲授//24第5章第5章商用车的气动特性研究本章重点难点:大型车辆的减阻方向、货车局部结构对气动特性的影响。M30.8讲授0.7自学255.15.1客车的气动特性大客车和轻型客车的气动特性、减阻方向。M30.1讲授0.1自学265.25.2货车的气动特性驾驶室、箱体、间隙等的影响。M30.2讲授0.2自学275.35.3货车空气动力附加装置导流装置、侧风稳定装置、稳涡装置等附加装置等的作用。M30.2讲授0.1自学285.45.4会车、超车、过桥、钻隧道等过程中的气动问题阻力、速度效应。M30.2讲授0.2自学295.55.5未来货车造型未来货车造型。M30.1讲授0.1自学、调研30第6章第6章车辆尘土污染、气动噪声本章重点难点:噪声成因以及造型细节。M30.5讲授0.3自学316.16.1车辆尘土污染各部位污染。M30.2讲授//326.26.2车辆气动噪声风鸣噪声、共鸣噪声、风激流噪声、泄露噪声与边缘噪声等。M40.3讲授0.3自学33第7章第7章发动机冷却性能及驾驶室通风特性本章重点难点:滞点位置对冷却性能影响,舒适性评价。M30.3讲授0.2自学347.17.1发动机冷却系统分析发动机室内温度、压力分布特点。M30.2讲授0.1自学357.27.2发动机冷却系统的设计原则滞点位置对冷却性能影响、提高冷却性能的设计原则。M30.1讲授0.1自学36第8章第8章汽车空气动力学试验本章重点难点:流态显示试验方法,风洞实验准则。M21.2讲授1自学、调研378.18.1汽车空气动力学试验的基本方法模型风洞法、实车风洞法、实车道路试验。M30.1讲授0.1自学388.28.2汽车风洞结构分类低速风洞分类、风洞结构。M20.4讲授0.2自学398.38.3汽车风洞试验技术风洞实验准则、试验规范、测量仪器。M20.1讲授0.1自学408.48.4风洞试验测量仪器气动力天平、皮托管、风速管、热线风速仪等。M30.3讲授0.3自学、调研418.58.5汽车风洞试验方法油膜法、丝带法、烟流法、激光显示法(PIV)。M20.2讲授0.2自学428.68.6汽车风洞试验模型模型尺寸、结构和外形。M30.05讲授//438.78.7汽车空气动力学道路试验滑行实验测CD、侧风稳定性试验。M30.05讲授0.1自学、调研44(Err)学生汇报学生自主分组调研小课题、形成报告并PPT汇报。汇报分散在课前进行。M42学生汇报、讨论3分组汇报45第9章第9章车辆空气动力学数值模拟本章重点难点:数值计算的基本原理和方法M1,M2,M3,M416讲授18作业469.19.1CFD概述CFD发展、优势、问题等。M20.5讲授0.5自学479.29.2数值模拟基本原理与流程车辆造型、计算域离散化,控制方程离散化,计算模型选择,边界条件的确定,迭代求解算法和后处理。M21.5讲授1.5自学489.39.3模拟实例参考示例,完成不同车型(轿车、面包车、货车、客车、吉普、SUV、电动车等)的外流场计算。包括车型建模(3学时)、划分网格(4学时)、设置计算模型(2学时)、设置边界条件等(1学时)、选择迭代算法(1学时)以及对计算结果进行数据处理(3学时)。M1,M2,M3,M414讲授、上机16自学并分组完成报告49(Err)9.3.1建立计算模型车型建模,建立尺寸合适的计算域。/3讲授、上机3自学50(Err)9.3.2网格划分网格类型特点、网格划分方法、网格质量评定、网格文件导出,学习对计算域划分质量较高的网格。/4讲授、上机6自学51(Err)9.3.3设置计算模型网格文件导入、文件保存、设置计算模型。/2讲授、上机1自学52(Err)9.3.4设置边界条件、计算控制设置边界条件、松弛因子、离散方式、初始化、监测残差、迭代计算等。/2讲授、上机2自学53(Err)9.3.5后处理保存计算结果、显示云图/矢量图/曲线图、建立参考面/线/点和出高质量图的方法,掌握数据处理方法。/3讲授、上机4自学、报告四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1课堂表现随机点名、刷卡等出勤情况;平时上课的精神状态、听课情况、回答问题和纪律等。7%2小测验1理论课部分的课前检测,每次5~20题。2.成绩采用十分制,根据作业完成准确性、是否独立完成评分。3.课前对上一章节课理论知识的掌握情况进行考核,题型有填空、选择、判断和简答等。15%3小课题汇报1.提供30~40个题目,请同学们组队选题,课下调研,准备5~8分钟汇报,PPT提交老师审核并预约课上汇报。2.题目类型有车型分析、现象探究、理论总结、名词解析等,考查学生自主调研、运用所学知识进行问题分析、团队协作和现场汇报的能力。30%4数值计算大报告1.本课程要求利用Gambit、Fluent等建模和仿真工具建模、划分网格,设定模型和边界条件,对计算结果进行分析,形成报告。附加要求:学有余力的同学可增加侧风影响和车速影响分析。2.根据模型建立、网格划分、计算收敛情况、结果正确性、报告的规范性、分析充分性和工作量大小等进行评分。3.每两人一组,合作完成一个算例。45%5实验1.本课程包括2学时实验。2.成绩采用百分制,根据实验完成情况评分。3.考核学生对风洞试验装置的结构、原理和分析方法的掌握情况,能够从实验中得到合理的结论。3%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1小测验40%根据评分标准评定2M1小课题汇报25%A:课题调研充分;报告观点正确、有理有据、条理清晰;汇报效果很好;报告格式规范。B:课题调研比较充分;报告观点正确、论据较充分、条理较清晰;汇报效果较好;报告格式比较规范。C:课题调研不充分;报告观点基本正确、论据不足、条理不清晰;汇报效果一般;报告格式不太规范。D:学习态度不端正,未完成汇报;未提交报告。3M1数值计算大报告35%A:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行合理的网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,计算收敛,结果正确;报告条理清晰、格式规范、语言通畅、计算结果分析充分。工作量较大。B:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果合理;报告条理清晰、格式基本规范、语言通畅。工作量一般。C:利用建模仿真工具建立研究对象模型,进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果部分合理;报告格式基本规范、语言基本通畅。工作量较小。D:未完成建模计算等工作,未提交报告。4M2小测验20%根据评分标准评定5M2小课题汇报20%A:课题调研充分;报告观点正确、有理有据、条理清晰;汇报效果很好;报告格式规范。B:课题调研比较充分;报告观点正确、论据较充分、条理较清晰;汇报效果较好;报告格式比较规范。C:课题调研不充分;报告观点基本正确、论据不足、条理不清晰;汇报效果一般;报告格式不太规范。D:学习态度不端正,未完成汇报;未提交报告。6M2数值计算大报告50%A:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行合理的网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,计算收敛,结果正确;报告条理清晰、格式规范、语言通畅、计算结果分析充分。工作量较大。B:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果合理;报告条理清晰、格式基本规范、语言通畅。工作量一般。C:利用建模仿真工具建立研究对象模型,进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果部分合理;报告格式基本规范、语言基本通畅。工作量较小。D:未完成建模计算等工作,未提交报告。7M2实验10%A:实验过程中认真完成实验要求,实验报告格式规范,步骤叙述清楚,实验结果正确,结论合理。B:实验过程中完成实验要求,实验数据基本正确,实验报告格式比较规范,步骤比较清楚,结论得比较合理。C:实验过程中基本完成实验要求;实验数据基本正确,实验报告格式不规范,结论不太合理的。D:实验过程中不能完成实验要求,实验数据不正确,实验报告混乱,不能获得有效的结论。8M3小课题汇报60%A:课题调研充分;报告观点正确、有理有据、条理清晰;汇报效果很好;报告格式规范。B:课题调研比较充分;报告观点正确、论据较充分、条理较清晰;汇报效果较好;报告格式比较规范。C:课题调研不充分;报告观点基本正确、论据不足、条理不清晰;汇报效果一般;报告格式不太规范。D:学习态度不端正,未完成汇报;未提交报告。9M3数值计算大报告40%A:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行合理的网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,计算收敛,结果正确;报告条理清晰、格式规范、语言通畅、计算结果分析充分。工作量较大。B:利用建模仿真工具建立满足计算要求的研究对象模型,并进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果合理;报告条理清晰、格式基本规范、语言通畅。工作量一般。C:利用建模仿真工具建立研究对象模型,进行网格划分,设定正确的边界条件和湍流模型,结果部分合理;报告格式基本规范、语言基本通畅。工作量较小。D:未完成建模计算等工作,未提交报告。10M4小课题汇报40%A:课题调研充分;报告观点正确、有理有据、条理清晰;汇报效果很好;报告格式规范。B:课题调研比较充分;报告观点正确、论据较充分、条理较清晰;汇报效果较好;报告格式比较

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