气动附加装置降低厢式货车后体阻力_张攀峰

第23卷 第3期

实验流体力学

Vol.23,No.3 2009年09月

Journal of Experiments in Fluid Mechanics

Sep.,2009

文章编号:1672-9897(2009)03-0012-04

气动附加装置降低厢式货车后体阻力

张攀峰,王晋军,唐 青

(北京航空航天大学流体力学研究所,北京 100191)

摘要:在风洞中通过天平测力和静态压力传感器测压实验,研究了简易厢式货车模型安装背部隔栅气动附加装置后阻力特性和背部压力分布的变化。结果表明采用高度适当、布置合理的背部隔栅,可以使厢式货车后体侧缘的分离剪切层再附于隔板上并在隔板后缘再次分离。从而使厢式货车下游的分离尾涡区变窄,提高其背部压力,最终减小了厢式货车模型因后体分离引起的压差阻力。实验发现减阻效果最好的是采用的3横3竖形式、高度为50mm 、距离厢式货车后体边缘30mm 的隔栅,最大可以将模型的阻力减小7.19%。 关键词:厢式货车;气动附加装置;减阻;压力测量 中图分类号:O 355;U 461.1 文献标识码:A

Experimental investigation on the aft -body drag reduction of

the tractor -trailer truck by aerodynamic add -on device

Z HANG Pan -feng,WANG Jin -jun,TANG Qing

(Institute of Fluid Mechanics,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191,China) Abstract :The aerodynamic balance force and time -averaged wall pressure distribution measurements were

carried out in the wind tunnel to investigate the af-t body drag reduction of the tractor -trailer truck model by an

add -on device.When the scale and configuration of the back grid are proper to the truck model,the separated shear layers from the model trailing edges will reattach to the plate and separate again from the plate trailing edges,which results in the separation region width decrease do wnstream of the model,hence the back suction pressure of the model increases and the pressure drag of the model decreases.With the optimum scale and con -figuration of the back grid (three plates in both horizontal and vertical directions,50mm high and 30mm far from the trailing edge of the model),the drag of the truck model in present study is reduced by 7.19%. Key words :tractor -trailer truck;aerodyna mic add -on device;drag reduction;pressure measurement

收稿日期:2008-06-17;修订日期:2008-09-10

基金项目:国家自然科学基金(项目号10872021);北京市教育委员会共建项目专项资助作者简介:张攀峰(1978-),男,湖北武汉人,副教授.研究方向:分离流动控制.E -mail:pfzhang @

0 引 言

厢式货车由于具有运输安全可靠,对货物损伤较小的优点,是现代物流首选的运输工具[1]。但是由于货物运输的要求,不可能对货厢的设计进行大的改动,仅靠货厢基本外形的优化设计很难改善其气动特性。因此根据厢式货车绕流的特点,针对其产生气动阻力的主要因素,在厢式货车表面的相应部位安装一些气动减阻附加装置是目前国内外比较实用的减阻节能措施[2]。

现阶段研究和工程应用较多的是在驾驶室顶部安装导流罩的方式来降低驾驶室和厢车之间低压区

及冲击气流引起的阻力[2-4]

。另外,由于厢式货车车厢外形通常采用长方体,其后产生的尾涡脱落将引起

能量耗散,导致车厢后体压力降低,形成了很大的压差阻力[5]

。因此,在货车后体安装隔栅、大涡破碎装

置、涡流发生器等气动附加装置,通过对车厢后体进行修型,破坏其后周期性脱落的尾涡,可以改变货车后体的尾流结构,从而达到减小其气动阻力的目的[5-8]。本文通过风洞测力和测压实验,初步研究了厢式货车后体安装隔栅后阻力特性以及背部压力分布的变化。

1 实验设备和模型

实验是在北京航空航天大学D1开口回流式风洞中进行的,风洞实验段为椭圆形截面,进口尺寸1102m @0.76m,出口尺寸1.07m @0.82m,实验段全长1.45m 。实验段湍流度E <1%。模型采用文献[8]中

的货车模型,其长高宽分别为(L 、H 和B )360mm @100mm @140mm,具体尺寸见图1(a)。为了模拟货车的地面效应,实验中在距离模型底部30mm 的位置安装有一平板,其尺寸为650mm @500mm,前后缘45b 倒角。实验中来流风速U 0=30m/s,基于模型长度L 的雷诺数Re 为6.8@105,达到了汽车模型实验的自模雷诺数。

测力实验中使用了一维应变阻力天平,量程为2kg,灵敏度为0.2%。测压实验采用ScanValve 公司的机械式压力扫描阀系统,量程约2940Pa 。模型背部开设有8@8个内径为0.8mm 测压孔,通过PVC 管和

扫描阀传感器相连测得压力分布。

(a)

货车模型

(b)安装隔栅后的模型

图1 实验模型

Fig.1 T he experimental models

模型后体隔板长度分别与模型背部的宽(B )和高(H )相等,交错垂直于模型后体表面粘贴在模型上形成隔栅结构(如图1(b)所示)。实验中隔板高度有h =25mm 、50mm 两种,隔板到模型后缘的距离s =8mm 、30mm 。除了图中的0井0字形隔栅,在s =8mm 时还在模型对称面上多加了两条与0井0字形隔

表1 实验工况及对应的隔栅参数

Table 1 The parameters of the back grid in experiment

工况隔板数(个)

高度h(mm)

离边缘距离s(mm)

Ñ2258Ò22530Ó3258Ô2508Õ25030

栅平行的横竖隔板,形成3横3竖的隔栅结构,具体的实验工况以及隔栅参数见表1。

2 实验结果和讨论

实验中采用阻力天平分别测量模型安装和没有安装背部隔栅时的阻力D 和D c ,无量纲化后得到模型的阻力系数C D :

C D =

D

12

Q U 20HB 对比安装背部隔栅后模型的阻力系数C c D 以及原始模型的阻力系数C D 即可得到阻力减小的幅度:

$C D /C D =

C c

D -C D

C D

图2、3分别给出了模型安装h =25和50mm 背部隔栅后阻力减小的百分比。从图3可以看出,当背部隔栅高度h =50m m,隔板距模型后缘的距离s =8mm 即比较靠近模型边缘时(工况Ô),模型的阻力减小2.34%。在此基础上在隔栅横竖中轴线上各增加一块隔板(工况Ö),模型阻力减小幅度增大为7119%。而当工况Ô中的隔板远离模型边缘向中心移动后(工况Õ,s =30mm),隔栅对模型的减阻效果消失。而图2中显示的安装h =25mm 隔栅的3种工况下(工况Ñ、Ò和Ó)隔栅对模型的减阻效果都不明显,甚至在工况Ñ、Ò出现了阻力的增加。

图2 安装h =25mm 隔栅后模型的阻力变化

Fig.2 The drag coefficient variation of the model with h =25mm

back grid

图3 安装h =50mm 隔栅后模型的阻力变化

Fig.3 The drag coefficient variation of the model with h =50mm

grid 13

第3期 张攀峰等:气动附加装置降低厢式货车后体阻力