外流场分析报告

3 HUPO外流场分析报告

项目名称：琥珀

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HUPO汽车有限公司

2012年5月

目录

1概述 (1)

2使用软件 (1)

3模型前处理与网格划分 (1)

3.1CAD模型的前处理 (1)

3.2有限元模型的前处理 (2)

4模型求解及结果分析 (2)

4.1模型求解设置 (2)

4.2求解结果分析 (3)

5空气阻力系数的计算 (6)

6结论 (6)

参考文献 (7)

HUPO外流场分析

1概述

本报告应用CFD分析软件，对HUPO进行外流场分析，给出整车满载下的风阻系数，为设计组提供参考。

本次分析采用半车模型，车身表面采用约（8-25mm）的三角形网格；风洞尺寸为（40m ×6m×10m），其壁面网格为（400-500mm）；体网格采用六面体单元，单元总数控制在250万之内。

本报告设风洞入口边界条件为s

,出口条件为压力出口，空气密度为

30

u/

m

1.225kg/m3，计算中不考虑温度变化。

2使用软件

本报告使用的前处理软件为ANSA，解算器和后处理软件为Star-CCM+。

3模型前处理与网格划分

汽车车身表面存在大量细小特征，要精确地模拟所有这些特征，经常会导致生成的网格单元数目巨大，从而使得求解时的计算量增加，因此在处理计算模型时对几何数模进行合理的简化。

3.1CAD模型的前处理

在CATIA中将汽车模型（特别是底盘部分）作合理的简化：保留轮胎、后视镜等部件；由于底盘的复杂性，这里将车底化为平面，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，将整个汽车简化为封闭的壳体；再在汽车周围形成适当的空气域（40m×6m×10m），汽车与风洞相对位置如图1所示（由于汽车的对称性，为减少计算采用半车身模型）。

图1半车几何模型

3.2有限元模型的前处理

网格生成采用贴体网格，由于主要关心车身周围的流场变化，特别是由于车身的影响使得车身周围的流体有分离与再附着现象，为了较合理的模拟车身表面附近的空气流动，在车身外做边界层网格，边界层以外适当放宽网格大小控制网格规模。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6~25mm 左右，车身外的空气域长度为20~500mm 左右。单元总数约206万，网格总体连续、均匀，过渡平缓，车身表面网格如图2所示。

图2车身外表面网格模型

4模型求解及结果分析

4.1模型求解设置

设风洞入口边界条件为s m u /300=，出口边界条件为压力出口；空气密度为3/225.1m kg =ρ；计算中不考虑温度影响；由于计算限制，采用alizable Re ε-k 湍流模式和Two-layer Ally+Wall 壁面函数；紊动能in k 和紊动能的耗散率in ε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1.0E-4。

4.2求解结果分析根据上述模型及边界条件进行外流场计算，现将计算结果整理如下：

图3

车身表面压力分布

图4对称面压力分布云图

图3是汽车在行驶过程中的表面压力（其中色柱表示的是不同的压力值，单位为Pa），高压区负压区

图4是车身对称面上的压力分布图。从图中可以看出，HUPO前方为正压区，压力最大，如图3黑色圆圈所示,车身大部分表面处于负压中，在车头A柱附近、轮胎外侧以及后视镜压力较低。

图5对称面速度分布云图

图6车身前部速度矢量图

图5是车身对称面上速度分布云图，图6和图7反映的是车身对称面前后的速度矢

量图；由图可知：由于车体的阻碍，气流在车头部滞止，形成高压区；车底气流基本流畅；车尾出现了较明显的对称尾涡。

图7车身后部速度矢量图

贴着车身表面的空气流动情况如图8-图9所示。整个车身流动光滑，只在车轮和尾部产生较大漩涡。

图8侧视流线图

图9车身尾部流线图

5空气阻力系数的计算空气阻力系数的计算公式为：

32.030*2.45*1.225*5.006.433212

2===

o W D Au F C ρ式中：W F ——空气阻力，单位为牛（N ）；

ρ——空气密度，单位为千克每立方米（3/m kg ）

；A ——迎风面积，单位为平方米（2m ）

；o u ——相对速度，在无风时即为汽车的行驶速度，单位为米每秒（s m /）

计算得：空气阻力为433.06N ，迎风面积A=2.45m 2，32.0=D C 。

由于发动机舱内气流阻力及模型的简化带来的误差现在无法做定量分析，参考公司现有经验，取修正系数为20%，由此可预测该车的风阻系数为0.38左右。

6结论

本报告计算得，HUPO 满载状态下模型的风阻系数约为0.38。

参考文献

1.黄金陵.《汽车车身设计》.北京：机械工业出版社，2007

2.汽车工程手册编写组编.《汽车工程手册》（设计篇）.北京：机械工业出版社，2001

3.傅立敏.《汽车空气动力学》.北京:机械工业出版社，1998