汽车外流场CFD模拟

第30卷增刊　2007年12月
合肥工业大学学报
(自然科学版)
J OURNAL OF HEF EI UNIV ERSI TY O F TECHNOLO GY
Vol.30Sup
Dec.2007　
收稿日期22作者简介许志宝(6),男,山西大同人,安徽江淮汽车股份有限公司工程师汽车外流场CFD 模拟
许志宝
(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥　230022)
摘　要:汽车的空气动力学特性很大程度影响着汽车的经济性、动力性以及稳定性。

该文利用C FD 方法对某款汽车的外流场进行模拟,模型模仿风洞实验,计算出该汽车的风阻系数和升力系数,并对尾部扰流板进行了改进,最终得到了满足设计要求的流场性能。

关键词:汽车空气动力学;CFD ;涡流;风阻系数
中图分类号:U46111 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)(Sup )20162203
The CFD simula tion of exter ior flow f ield ar oun d a ca r
XU Zhi 2bao
(Technological Cent er ,A nhui Ji anghuai Auto m o bil e Co.,Lt d ,Hefei 230022,China)
Abstract :The ae rodynamics infl uences great ly t he dynamics properties ,t he f uel economy and t he oper 2ati ng performance of car s.This paper di sc usses t he application of t he CFD met hod in our automobile in exterior flowfield ,si mulat es t he model of t he experi ment of wi nd t unnel ,cal culat es t he dra g coeffi 2
cient and lif t coefficie nt ,and int roduce s how we modif y t he empennage and get a good resul t.K ey w or ds :aerodyna mics ;C FD ;t urbulence ;drag coefficient
0　引 言
随着汽车行驶速度的提高,作用在汽车上的气动力也越来越大。

随着车速的进一步提高,汽车受到的气动力以及气动力矩也越来越显著,它们很大程度上影响着汽车的经济性、动力性以及稳定性。

应用CFD 数值模拟可为车身气动外形的初选提供依据,方便、直观地了解汽车周围空气的流动状况,初步计算出整车的风阻系数,为进一步细化设计提供依据[1-3]。

1　计算模型的建立及方案确立
111　几何模型建立
根据某车型的三维CAS 模型,在U G 中进行模型的前处理。

由于汽车车身表面存在大量细小特征,这是生成质量较好网格的一大障碍,也是需要很多时间和更多工作量的。

介于软硬件及成本
的限制,在处理计算模型的时候将要对几何数模进行合理的简化,如车灯、后视镜、门把手凹陷处及轮胎等部件,以平整面替换车底的真实凸凹形状。

然后将车身表面和底盘的碎面缝合起来,形成若干个大的特征表面,即将整个汽车简化为封闭的壳体;再在汽车四周形成一适当大的空气域(如40m ×10m ×8m )。

为了减少计算量,这里使用半车模型计算,模型如图1所示。

图1　几何模型
112　网格生成
网格生成采用贴体网格,由于主要关心车身
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:197-.
周围的流场变化,所以细化近汽车壁面处的网格
(单元大小应模拟车身附近气体小漩涡的尺寸),
随着远离车身外表面适当放宽网格的大小,以控
制网格的规模。

故将车身的外表面生成为非结构化的三角形
网格,单元大小为8～20mm;车身外的空气域生
成为非结构化的四面体网格,长度为400～
500mm。

半车单元总数约三、四百万,网格总体
连续、均匀,过渡平缓,二维模型如图2所示。

图2　外流场计算的二维模型
113　边界条件
设风洞入口边界条件为u0=30m/s,出口边
界条件为自由条件;空气的密度为11228kg/m3;
计算中不考虑温度的影响。

由于计算机硬件条件的限制,采用RN G k2ε
湍流模式和non2equili brium wall functions壁面
函数;紊动能k in和紊动能的耗散率εin由经验公
式计算确定;计算选择二阶迎风格式;收敛判断条
件的所有物理量的容差为110E-4。

114　计算过程
本次CFD分析过程主要包括建立数学物理
模型、数值算法求解及结果可视化3部分,如图3
所示。

2　计算结果分析
经过分析,可以得到车身表面压力,剪切力分
布、对称面上的压力和速度分布等,并针对此车风
阻系数较大和车身尾部扰流板向上翘曲的情况,
对车身尾翼进行了更改和分析,最后得到了比较
满意的结果。

211　原模型分析结果
图4所示为原模型的车身对称面上的速度矢
量场和压力分布图,通过观察可以发现上翘的车
尾使车后部形成较大的漩涡。

鉴于此车风阻系数相对较大,为了明确是否
是因为车上部向上曲扬的表面以及顺势而走的扰
流板造成较大的阻力,所以特将车上部曲面和扰
流板形状进行调整,将原有的扰流板去除,保持原
有车上部的曲面形状。

212　修改后分析结果
图5所示为模型修改后的分析结果,从图5
中可以看出,修改后车尾漩涡较原模型有了很大
改善,同时漩涡中心离车尾部也较远,说明修改后
的车体尾部流线型较原模型好。

计算出的风阻系数较原模型小,并满足设计
要求。

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　增刊许志宝:汽车外流场CFD模拟
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:
图5　模型修改后的分析结果
3　结 论
(1)应用CFD方法对某款轿车的外流场进行了模拟,并对后扰流板的形状进行了优化设计,设计结果表明,各种速度矢量、压力分布等情况均符合正常规律,能够满足设计要求。

(2)应用C FD方法在产品开发阶段,可以大大缩短开发周期,节省开发费用,分析结果对于设计开发人员优化产品设计具有重要参考价值。

(3)分析结果还需要进行实验验证。

参　考　文　献
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2005:33-47.
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(责任编辑　朱华新)
(上接第161页)
(4)机体噪声控制。

实践表明,机体结构声学优化可以大幅度降低内燃机的空气噪声。

为控制机体噪声,某493柴油机采用了龙门式机体,加强了机体裙部刚性。

将各气缸筒浇铸成一体,即做成整铸缸套,使得纵向平面中的弯曲刚度和绕曲轴轴线的扭转刚度显著提高。

(5)活塞敲击噪声的控制。

为控制气缸压力和惯性力产生的活塞对缸套的敲击噪声,某493柴油机采用了能自动控制热膨胀的镶钢片活塞,以减小冷态时的最大间隙,并将活塞销孔偏心布置,偏向主推力面0.7mm,这样,就降低了活塞对缸套的拍击力,使噪声降低。

4　结束语
发动机的噪声问题是一个具有极强实际意义的问题,许多专家已经和正在进行这方面的工作。

而在不同的研究方法中,通过对发动机的具体结构和燃烧方面进行分析,采取对应的策略进行组合优化,可以达到降低噪声的显著效果。

发动机的噪声产生原因较为复杂,影响因素较多,牵涉到零部件加工精度、燃烧过程、结构和匹配等各个环节,因此降噪优化的工作必须系统考虑,综合整治。

参　考　文　献
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(责任编辑　吕　杰)
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