汽车周围的气流场的数值模拟报告

汽车周围的气流场的数值模拟报告摘要：国内外汽车气流场的研究主要是采用风洞和实车实验,费用大，耗时长。目前随着计算流体力学软硬件的迅速发展和商业软件的不断普及,数值试验研究也在不断完善，尤其针对汽车气流场这类复杂问题,如果能够通过理论方法模拟气流场，探讨影响气流场的因素和气流场分布的有关规律，将节省大量的人力、物力。本文工作的出发点是通过fluent软件对汽车的行驶进行模拟来研究气流场。本文主要研究汽车表面附近气流场分布，为汽车的外形优化提供指导。主要进行如下工作:利用fluent软件计算了汽车在行驶过程中,在不同行驶速度下，汽车周围气流场的模拟仿真。结果显示随着行驶速度的增加，汽车正表面的阻力明显增大。本文的研究表明:用fluent模拟汽车周围气流场是可行的;同时总结了针对汽车的网格划分、参数选取、边界条件设定，为进一步研究提供一定的参考和依据。关键词：气流场汽车表面fluent计算流体力学fluent随着计算机及计算机技术的发展而发展，并逐步形成一门独立的学科，计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型的建立提供了更多的依据，使很多研究方法得到发展和完善。fluent已经成为汽车空气动力学研究的重要手段，尤其在早期车型开发中，为车身气动外形的初选提供了依据。1流场控制流场运动中，流场的基本运动方程是依据质量，动量，能量守恒定律按一定的流体流动模型推到的。对空气来说，当风速小于三分之一风速即408km/h时可以认为是不可压缩流体。本次模拟的汽车速度在130km/h以下，可以考虑成不可压缩流动。汽车绕流问题一般为定常，等温，不可压缩，采用雷诺N-S方程，为使方程封闭，可以采用标准k—e模型。2几何模型与计算模型本文采用ProE软件进行汽车的三维建模。汽车的模型以兰博基尼2011款LP700—4为原型做适当简化。车模型的主要数据为：车长X车宽X车高（mm）4386x1900x1165轴距（mm）2560 离地间隙（mm） 140前轮/后轮规格（inch） 235/35R19 295/30R193计算网格与计算条件3.1计算网格为再现汽车的自然行驶状况，选取一个长方形的计算域。一般长宽高3—5倍的区域作为计算域比较合适，本文采用8000x15000x5000（mm）长方体。由于汽车周围的流场非常复杂，为满足计算要求，并且考虑到曲面较多，为计算方便，采用Tgrid非结构化网格方式，网格数目为150630个，且网格质量均满足要求。（measuredminimumvalue：1.4035e—007 measu

redmaximumvalue0.785744)redmaximumvalue0.785744)3.2计算条件车身所建模近似与实际尺寸，但也已略去后视镜，刮雨器等突出物体，由于技术手段的限制，未能很好地表现跑车的气动外形。湍流模型选用k—e标准模型。边界条件的设定为：一个远端来流方向的压力进口，一个车身后远端端面的压力出口，周围和小车表面均设为壁面。需要给定的进口初速度，本文分别选择16.7，27.8,36.1(m/s)04计算结果上面三个图分别表示小车在60/100/130(KM/H)时的汽车表面压力分布图，可以看到该模型的前部压力较大的区域处在车头扁平的面。气流在到达车头部位时，受阻最大，然后受到的阻力被分为上部下部侧面气流，车头部的上缘处速度降低最为明显，即出现滞区。流线型区的压力显著小于垂直扁平区的压力，车顶部前轮上缘，底部的上缘的压力较小。由此考虑到车子应该采用流线型设计，并且在车体设计时可适当在压力较小的区域使用低强度材料，在压力较大的区域采用高强度材料，出于经济及安全性方面的考虑。

上面三图分别表示在时速60/100/130(KM/H)时，小车车身周围的气流流线状态。上面三图分别表示在时速60/100/130(KM/H)时，小车车身表面的气流速度分布。由小车车身表面的气流分布图可知气流在车头部速度骤减，然后沿上下面及周边绕流，顶部分流的气流流速明显大于从底部流过气流的流速。这是因为汽车底盘与地面距离较小，可以看成构成一个直径较小的管道，管道的内径小，流体在其中的粘滞参数较大，速度损失较大。另外实际情况下由于汽车底盘凹凸不平，形状复杂，进一步增大了摩擦阻力。汽车上半部分呈流线型分布能够有效减小阻力。由小车车身周围的气流流线状态可知，车身尾部空气流速明显大于车身周围的气流流速，且流速从地面向上逐渐增大。当车身以很快的速度通过一定的空间时，前面分流的空气不足以瞬间填满这部分空当，这时就会产生一个压强差，会把后面的空气往前推。由于没有与车身表面的的莫擦，所以气流速度会比车身表面的速度大，但越近底面，粘滞参数越大，流速下降越明显，在一个剖面上可以清晰地看到速度的阶梯状分布。5结论通过对该项目汽车的的fluent数值模拟的研究，可以定性地了解整车的速度流场结构，并能