汽车外流场的数值模拟
汽车外流场数值模拟
能够提高汽车 的燃油经济性 。随着计算机技术的飞速发 展 ，Ｃ Ｄ技术被越来越多地应用 到了汽车设计 中。借助于 Ｃ Ｄ软件 Ｆ Ｆ 可 以对 汽车外流场进行数值模 拟 ，从而得到车身表面 的压 力分布 ，外流场 的速度 和压力分布 ，以及求 出车 身受到 的气动 阻 力 和气 动升力值 、风阻系数和升力系数等 。能够通过 图形直观地显示 出汽车的空气动力性 能 ，并可 以依据此来对 车身 的造 型设计进行指导 ，这对于降低成本 ，缩短研发周期 ，提高产 品的 自主开发设计能力具有重要的意义。
关键词 ：Ｃ Ｄ；汽车 ；外流场 ；数值模拟 Ｆ
中 图分 类 号 ：Ｔ ４ １ Ｋ ０ 文 献 ２ １ ）０ ４ ４（ ０ ２ ３—０ ２ ０ ６—０ ３
Ｎｕｍ ｅ ｉａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｅＥｘ ｅ ｎ ｌ ｒ ｏ ａ ｏ ｎ ｒ ｒｃ ｌ ｍ ｌ ｔｏ ｆｔ ｔ ｒ ａ ｆ ｗ ｒ ｕ ｄ ａ Ｃａ Ｓ ｈ Ａｉｌ
０ 前 言
节 能 、安 全 与 排 放 是 当今 汽 车 工 业 的三 大 课 题 ，而 汽 车 空 气 动 力 学 特性 与这 三大 课 题 紧 密 相 关 。汽 车 空 气 动 力 学 特 性 直 接影 响着 汽 车 的动 力 性 、燃油 经济 Ｉ 生、操 纵稳 定性 、舒适 性 和安全性 ， 因此 ，汽车空 气动 力学 特性 已成 为评价 汽车造 型优
第 ３ 期 ２ １年 ６ ０２ 月
内燃 机
Ｉ ｔ ｒ ａ ｍｂ ｓｉ ｎ Ｅ ｇ ｎ ｓ ｎｅｎ ｌ Ｃｏ ｕ ｔ ｎ ｉ ｅ ｏ
Ｎｏ ３ ．
Ｊ ｎ２ １ ｕ．０２
摘要 ：随着地球 上 Ｅ益枯 竭的石油资源 ，石油价格持续上涨 ， 目前 ，越来越多 的国家关注于汽车 的空气动力学性能 ，以期 ｔ
汽车外流场的数值模拟
汽车外流场的数值模拟宁燕，辛喆中国农业大学， 北京 （100083）E-mail ：rn063@摘 要：利用CFD 方法，运用FLUENT 软件对斜背式车型的外流场进行了数值模拟，并对结果进行了处理与分析。
研究了车身周围涡系的三维结构和车身表面分离流的情况，表明由于车身前后的压力差和主流的拖拽作用等，在汽车尾部形成了极其复杂的涡系。
关键词：汽车空气动力学；CFD ；车身外流场；FLUENT1. 引 言汽车空气动力学的研究主要有两种方法[1]：一种是进行风洞实验，另一种是利用计算流体动力学（CFD ）技术进行数值模拟。
传统的汽车空气动力学研究是在风洞中进行实验，存在着费用昂贵、开发周期长等问题。
另外，在风洞实验时，只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整车流场中任意点的详细信息。
随着计算机技术和计算流体动力学的发展，汽车外流场的计算机数值仿真由于其具有可再现性、周期短以及低成本等优越性而成为研究汽车空气动力学性能的另一种有效方法。
2. 控制方程和湍流模型汽车外流场一般为定常、等温和不可压缩三维流场，由于外形复杂易引起分离，所以应按湍流处理。
汽车外流场的时均控制方程式[2]如下：3,2,1,=j i ；z x y x x x ===321,,；，：u u =1w u v u ==32,平均连续方程：0=∂∂ii x u 平均动量方程：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂∂∂+∂∂−=∂∂i j j i eff j j j i j x u x u x x p x u u µρ κ方程 ρεκσµµκρκ−+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂G x x x u j t jj j )( ε方程 κερκεεσµµερε221)(C G C x x x u j t j j j −+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡∂∂+∂∂=∂∂ -1-其中， ji i j j i t x u x u x u G ∂∂⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=µ εκρµµ2C t = µ为动力粘性系数，t µ为湍流动力粘性系数，它的提出来源于Boussinesq 提出的涡粘假定，是空间坐标函数，取决于流动状态，满足：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂=−i j j i t j i x u x u u u µρ 其中，j i u u ρ−是由于对动量方程式平均化后得到的雷诺应力项。
基于CFD的轿车外流场数值模拟
文章编号 ：６ ３１９ ２ １ ）６０ ４ －３ １７ －５ Ｘ（０ ０ ０ －０６０
基 于 Ｃ Ｄ的轿 车外 流场 数 值 模 拟 Ｆ
许建 民 ， 戴腾清 刘金武 ，
（ ． 门理工学院机械工程系 ， １厦 福建 厦门 ３ １２ ２ 广州风神汽车有限公 司设备动力科 ， ６０ ４；． 广东 广州 ５ ００ １８０）
济性 和操纵 稳定性 有非 常重要 的影 响 。与风洞试 验
毒 － （ ｏ
去ｐ ）一 （ ＝ ｏ ｐ
量 ， 牛顿 流有 对
ｒ ＝ 一
（ ２ ）
式 中 ： 为源 项 ， 示 催 化器 载体 阻力 ；ｉ ｓ 表 ＂为应 力 张 ｒ ｊ
法相 比， 运用 计算 流体 动 力 学 （ Ｆ 方法 研 究 汽 车 Ｃ Ｄ）
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈ ｓａ ｔ ｌ ，ａｔ ｒ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｏ ｉ ｄ ｌ ｆＭｉ ｉ ｒｉ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｂ ｓｎ ｉｒ ｐ ｉｓ ｉ ，ｔｅ ｍｏ ｅ ｉ ｉ ｓ ｒ ｃ ：ｎ ｔｉ ｒ ｃｅ ｈ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｌ ｍｏ ｅ ｏ ｎ ｓ ｓ ｌ ｅ ｙ ｕ ｉｇ Ｕｎｇ ａ ｈ ｃ ．Ｆ ｍｔ ｈ ｄ ｌ ｓ ｍ— ｉ ｓ ｄ Ｃａ ａ ｓ ｐ ｆｅ ｏ ｒ— ｒｃ ｓ ｉ ｇ ｂ ｏｔ ｒ ｍｂ ｔ ｔ ｅ ｈ ｏ ｕ ｉ ｇ ｄ ｍａｎ ｉ ｇ ｉ ｄ ｄ，ａ ｄ ｔ ｒ ｅｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｏ ｏ ｄ ｆｒｐ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｙ ｓ ｆ ｌ ｎ ｗａｅ Ｇａ ｉ，ｈ ｎ ｔｅ ｃ ｍｐ ｔ ｏ ｉ ｓ ｒ ｅ ｎ ｄ ｎ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｎ ｍｅ ｃ ｓｍｕ ａｉ ｆ ｌ ｉｌ ｏ ｓｅ ｄ ｏ ｓｃ ｒｉ ｄｏ ｔ ｒｔｅ ｃ ｒ ｄ ｌ ｙｕ ｉ ｇ Ｃ Ｄ ｏ ｆ ａ ｅ Ｆ ｕ ｎ ．Ａｔ ａ ｔ ｈ ｒ ｅｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｏ ｉ ｎ ｒ ｓ ｕ ｅｆ ｌ ｔａ ｙ ｆ ｗ ｗａ ａｒｅ ｕ ａ ｌ ｏ ｆ ｈ ｍｏ ｅ ｂ ｓ Ｆ ｆ ｏｔ ｒ ｌ ｅ ｔ ｎ ｓ ｗ ｓ ，ｔ ｅｔ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｌ ｃｔ ａ ｄ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ ｌ ｈ ｖ ｙ ｉ ｆｒ ｔｅ ｃ ｒｍｏ ｅ ｒ ｂａ ｎ ｄ ｏ ｈ ａ ｄ ｌａ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ．Ｔｈ ｐ ｒ ａ ｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｉｕ ｌｂ ｓｓｆｒｔ ｅ ｂ ｓ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｄ ｓｇ ｆｃ ｒ ． ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ｒ ｖ ｄ ｓ ａｖ ｓ ａ ａ ｉ ｏ ｈ ｅ ｔ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｉｎ ｏ ａｓ ａ
汽车外流场数值模拟及优化设计
ｏｆ
ｅｏｌ＇ｓ
ａｎｄ
ｔａｉｌ ｖｅｌｏｃｉ０’
ｖｏｒｔｅｘ
ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ Ａｎ矗ｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔＯ
ｔｈｅｆｌｏｗ
ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｈａｐｐｅｎｅｄ耐琥ｅ ｅｎｄ．ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒ，ｍａｋｉｎｇ ｄｒａｇ ａｎｄ
（３）设置固壁边界条件：车身表面和运动地面都设为壁面边 界，车身表面没有速度，地面沿茗正方速度分别为Ｖ＝８０Ｋｍ／ｈ、
９０ｋｍ／ｈ、１００ｋｍ／ｈ、１ｌＯｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ。
３仿真模拟结果分析
通过有限元仿真得出轿车尾部流场分析结果，主要是对称 面上的速度矢量图和压力云图，同时可以得到汽车尾部模型的阻 力系数和升力系数。 空气阻力系数是评价汽车空气动力学性能的重要指标。主要 包括阻力系数Ｑ，升力系数ｃｆｏ气动阻力由式（６）和升力式（７）求 出，其中，Ａ为轿车在ＹＺ平面的投影面积，经计算Ａ＝０．９８７７４ｍ：。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈ
ｕｓｅｄ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｓｏｆｉｗａｒｅ
ＵＧ
ｔＯ
ｅｓｔａｂｌｉｓｈ
ｓｔｅｐ
ｂａｃｋ
ｔｙｐｅ
ｅａｔ
ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ａｄｏｐｔｅｄ ＣＦＤ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｔｓ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｏｎ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔ
基于准k_v_2_LES模型的汽车外流场数值模拟_汪怡平
16
=min (d, C ) d DES
=max( x, y, z)
式中，Gv、Yk 为湍流生成项和耗散项 t 为时间，uj 为速度，xj,k 为笛卡尔坐标系， 为分子运动粘度， 为修改后的湍动粘度， S 为应变张量， fv 为粘性阻
Aerodynamic Simulations of Vehicle by Using the Hybrid Semi k - - v 2 /LES Model
WANG Yiping1, 2 GU Zhengqi2 DENG Yadong1 SU Chuqi1
(1. School of Automotive Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070; 2. Key State Laboratory of Advanced Technology and Manufacture for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082)
Abstract：The hybrid RANS/LES approach is employed to compute the exterior time-average flow field of a vehicle. The
three-equation k - - v 2 turbulence model is employed as the RANS part in current research. To overcome the numerical oscillation induced by the normal stress ( v 2 ) transport equation and the elliptic equation which is used to constructed relaxation function f22 in the k - - v 2 model, the algebraic form of the normal stress ( v 2 ) equation and the new eddy-viscosity equation are derived, based on the Boussinesq approximation and non-dimensional analysis. Then, the new hybrid semi- k - - v 2 /LES model which can be used to compute the vehicle exterior flow field is obtained. The control equations of the new model employed the same k and equations as those in the realizable k - /LES model in commercial software Fluent, with an algebraic equation for v 2 and new eddy-viscosity programmed by Fluent-UDF. The comparisons between the results obtained by semi- k - - v 2 /LES model and other hybrid RANS/LES models, entire LES and wind tunnel experiment show that the new model is more accurate and efficient to simulate the flow separation around the body surface and the wake vortex.
汽车外流数值模拟
机械学院1206班王栋1200561汽车外流数值模拟一、学习目的：1.学会利用Gambit创建几何模型，生成合格质量的网格。
2.学会利用Fluent执行CFD程序，得到y +值的车体,以及一些基本的数值数据,如、静压区,速率区和阻力与速度的升力系数。
二、程序：打开Gambit第一步：创建几何模型a)输入在作业B中表格1提供的点坐标来建立车体的顶点。
b)使用NURBS创建车体边缘。
c)创建车体的面（定义为Face1）。
d)创建计算领域的顶点（见表格2）。
e)创建计算领域的4条边。
f)利用矩形的4条边创建计算领域的面（定义为Face2）。
g).利用Boolean运算从Face 2减去Face 1。
注意：不要保持retain Face1。
h)作为单独的几何文件保存数据：File → Save As, … 打开Save As 列:在ID窗口, 输入文件名例如1-car-geo，然后点击Accept.注意：A .dbs数据库文件，例如1-car-geo.dbs应保存在Gambit运行文件夹里，例如D:\Temp第二步：创建网格a) Edge mesh是车体的边缘。
为简单起见，我们使用统一的网格运算法则。
图1显示车体的每边网格数量,以供参考。
图1 车体每边的网格数量b)创建边界层网格Mesh → Boundary Layer,打开Create Boundary Layer l:- U选择Definition对于Algorithm, 选择Uniform 作为默认设置对于First row (a),输入: 0.0029对于Growth factor (b/a), 输入: 1.09对于Rows (层的数量),输入: 6选择Wedge corner shape.注意：边界层网格的First row (a)值的计算在实验指导第五页上。
在Attachment现在边缘用Shift_left-clicking创建车体. 点击后边界层将创建在每一个边缘上。
基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化
ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｆ ｌ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｄ ｙ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｉ ｓ ｏ ｐ —
Ｈｕ ａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｏ
（ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ Ｐｌ ａ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｄｏ ｎ ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ， Ｓ ｈ ｉ ｙ ａ ｎ ， Ｈｕ ｂ ｅ ｉ ４ ４ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ Ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ａ ｇ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ １ ｉ ｆ ｔ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｎ ｔ ｉ ｍｅ ，ｔ ｈ ｅ ｖ ｏ ｒ ｔ ｅ ｘ ｍｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｔ ａ ｉ ｌｉ Ｓ ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｅ ｄ ， ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｏ ｄ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ；ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ １ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ
基于CFD的汽车外流场数值模拟及优化
分类号 密级U D C 编号硕士学位论文基于CFD 的汽车外流场数值模拟及优化二零一五年五月研究生姓名： 查朦导师姓名： 苏小平申请学位级别： 硕士一级学科名称： 机械工程二级学科名称： 机械制造及其自动化Numerical Simulation and Model Optimization For Carbody Base on CFDA Thesis Submitted toNanjing Tech UniversityFor the Academic Degree of Master ofEngineeringBYMeng ZhaSupervisor: Prof. Xiaoping SuMay. 2015学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：日期：学位论文的使用声明□1、南京工业大学、国家图书馆、中国科学技术信息研究所、万方数据电子出版社、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文并通过网络向社会提供信息服务。
论文的公布（包括刊登）授权南京工业大学研究生部办理。
（打钩生效）□2、本论文已经通过保密申请，请保留三年后按照第一项公开（打钩生效）□3、本论文已经通过校军工保密申请，不予公开（打钩生效）研究生签名：导师签名：日期：日期：硕士学位论文摘 要随着汽车工业技术及经济的发展，人们对汽车安全性、舒适性要求越来越高，而这很大程度上取决于汽车空气动力特性。
由于近年来数值计算理论及计算技术的发展进步，在新车开发初期越来越趋向于采用计算流体力学对汽车空气动力性能进行测试计算，该方法试验周期短、耗资少。
基于某型轿车的外流场数值模拟
Ｏ 。Ｏ 砉（ｄｘ＋ ｔ ｘ Ｏ Ｏ，ｒ ｘ Ｌｆ Ｅ ｋ等） ］ｇ， ￣ 。 ｃ
＋ ：
Ｇ
ｐ
式 （ ）（） ： ３ 、４ 中
Ｇｋ ＋ ／￣－ ｘ－ ｇ＋“ ）Ｏｊ 监ｘ （ ５） （ ６）
气 的温 度 、 粘性 和参 考压 强不变 ． 并认 为汽车 外流场
同 的底 部 上 翘 角模 型 进 行 分析 ， 出满 足 要 求 的 底部 上 翘 角 ， 其 改进 设 计 提 供 理 论参 考 。 得 为 关键 词 ： 空气 动 力 学 ； Ｆ 上 翘 角 阻 力 系 数 ； 力 系数 Ｃ Ｄ： 升 中 图分 类 号 ： ４ １１ Ｕ ６． 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ２ ５ ２ １ ０ — ０ ４ ０ 】 ０ — ５ ０（０ ０）３ ０ ４ — ４
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
１ 理 论 模 型 的 建 立
１１ 轿 车 外 流 场 的 基 本 方 程 及 湍 流 模 型 ． 由 于 汽 车 的 车 速 一般 在 ０ ３ ０ｋ ／ ～ ０ ｍ ｈ之 间 ． 使 即 在 迎 面 来 风 的情 况 下 ．作 用 于 汽 车 上 的相 对 空 气 流
０ （ｋ） ｐ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： ｅｏ ｙｎ ｍｉ ｓ； ｙｗ ｒ ａ ｒ ｄ ａ ｃ ＣＦＤ ； ｉｆ ｅ ｎ ｌ ｄ ａ ｏ ｆ ｃｅ ｔ；ｉ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｄｆｕｓ ｒａ ｇｅ； ｒ ｇ ｃ ｅｆ ｉｎ ｌｆ ｃ ｅｆ ｉｎ ｉ ｔ ｉ
在 汽 车 工 业 飞 速 发 展 的 今 天 ．汽 车 空 气 动 力 学 特 性 是 汽 车 的 重 要 性 能 ，直 接 影 响 汽 车 高 速 时 的 经
一
８ 业 去（￣ ｉ ｔ Ｏ Ｏ０ Ｏ ｘ ｘ６ ｘ ＝ ： Ｊ ｚ
基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟
基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟作者：朱军耿艳廖斌来源：《科技资讯》2014年第30期摘要：从三维不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发，建立数值模拟汽车外流场的控制方程组，分别采用三种湍流模型，即：Baldwin-Lomax模型、标准模型和低雷诺数模型来闭合控制方程组。
使用有限元法对汽车外流场的控制方程组进行离散，采用结构非均匀网格方法划分计算区域，计算得到了各种湍流模型下的汽车外部速度场，并与实验结果进行了对比分析。
结果表明，标准模型比其他两种模型具有更高的精度，能够更好地模拟汽车外部流场。
关键词：湍流模型数值模拟汽车外流场有限元法中图分类号：TH123 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0067-03由于汽车外流场直接影响到汽车的外形设计、汽车的性能改良，汽车的燃油经济性、操纵舒适性、安全性和噪声水平等等，因此对汽车外流场湍流数值模拟不仅具有理论意义而且具有工程应用价值。
汽车外流场属于三维湍流问题，汽车在行驶时，气流与车辆外形的相互作用，在汽车尾部出现分离流现象，典型流动特征为三维、粘性、湍流、分离。
由于汽车外流场绕流运动的复杂性，湍流模型的选择成为汽车外流场数值模拟的关键。
该文拟对汽车外流场及其数值模拟中湍流模型的选择进行研究，从三维不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发，建立数值模拟汽车外流场的控制方程组。
根据湍流模型理论，拟选定三种湍流模型，即：标准Baldwin-Lomax模型、模型、低雷诺数模型，对汽车外流场进行数值模拟，计算出汽车外流场。
分析各种湍流模型数值模拟的结果，并与已有的实验结果进行对比分析。
1 控制方程组雷诺时均方程与连续性方程就构成了汽车外流场数值模拟的控制方程组：（1）（2）式中，是空间位置坐标；代表方向的速度；是压强；是运动粘性系数；是雷诺应力，，为速度的脉动值。
在数值模拟求解过程中，必须选取适当的湍流模型使该控制方程闭合。
汽车外流场的数值模拟程力学
汽车外流场的数值模拟程力学汽车外流场是指汽车在运动中，周围空气的流动状态。
研究汽车外流场对汽车设计和性能优化至关重要。
数值模拟是汽车外流场研究中常用的工具，其基于流体力学原理和计算机仿真技术进行计算和分析。
数值模拟基础数值模拟是将物理过程转化为数学模型，使用数学方法求解模型得到的结果。
在汽车外流场的数值模拟中，计算机将汽车及其周围空气的流动情况视为数学模型，然后运用流体力学原理对其进行数值求解。
汽车外流场的数值模拟通常使用有限元法（FEM）、有限体积法（FVM）和有限差分法（FDM）等方法。
其中，有限元法是将流场分割成小的网格，再将每个网格内的物理量抽象为节点进行求解；有限体积法则是在网格中将流动区域分成许多小的控制体，计算在控制体中的物理量；有限差分法则是将物理场量在空间上离散化为有限个点，在时间上进行迭代求解。
流动方程式液体和气体在流动过程中会受到流体的惯性、黏性和压缩性等影响。
针对这些影响因素，数值模拟一般采用控制方程式来描述流动过程。
而在汽车外流场数值模拟中，又可将流动惯性、黏性和压缩性分别用控制方程式来表示，即：流动惯性：$$\\frac{\\partial \\rho \\vec{U}}{\\partial t}+\ abla \\cdot(\\rho \\vec{U} \\vec{U})=-\ abla p+\ abla \\cdot \\vec{S}$$其中，$\\rho$表示密度；$\\vec{U}$表示速度；p表示压强；$\\vec{S}$表示体积力项。
黏性：$$\ abla \\cdot \\vec{U}=0$$$$\\frac{\\partial (\\rho \\vec{U})}{\\partial t}+\ abla \\cdot (\\rho \\vec{U} \\vec{U})=-\ abla p+\\mu \ abla ^{2}\\vec{U}+\\rho \\vec{g}$$其中，$\\mu$表示黏度；$\\vec{g}$表示重力加速度。
基于CFD的汽车外流场数值模拟
直观上对汽车外流场的气 流情 况有 了了解 ，通过数值模拟 的数据对汽车外流场的实际情况进行分析 的气动性能提供了理论依 据。
关键词 ：Ｃ Ｆ Ｄ；汽车 ；外流场 ；数值模拟
也得ＮＴ行业专家越来越多的关注。Ｃ Ｆ Ｄ方法对于预测和改进汽车的气动性能 ， 指导汽车产品设计具有重 要意 义。
１ Ｃ Ｆ Ｄ基本 控 制 方 程
汽车外流场流体的流动符合质量 、动量以及能量守恒定律。本研究主要分析风速 ，不考虑热量交换 ， 冈而可以用质量守恒方程和动量守恒方程来描述模型的流体动力学特性 ，在笛卡尔坐标系中，其一般的
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ Ｆ Ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｙ ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｈ ａ ｓ ａ ｐ ｒ ｏ ｆ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ， ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ． Ａ ２ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｓ ｈ ｗ ａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａ ＮＳ ＹＳ Ｉ Ｃ ＥＭ． Ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｒ 。ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏ ｕ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｆ ｏ ｗ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ａ ｒ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ Ｌ ＵＥ ＮＴ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ．
汽车车身外流场计算模型及仿真
汽车车身外流场计算模型及仿真引言汽车在行驶的过程中不可避免的要与周边空气发生相互作用，随着车速的增加，这种相互作用会愈加的剧烈。
空气对在行驶中的汽车施加力和力矩，从而影响汽车的行驶。
所以，在汽车开发过程中，研究并优化汽车的空气动力性能非常重要。
另外，汽车的空气动力学性能不仅影响着汽车的燃油经济性，同时也对汽车的动力性、稳定性和操作性等方面有着巨大的影响，所以现代汽车设计越来越关注汽车的空气动力性能研究。
随着计算机技术的迅猛发展，对汽车结构分析的技术已基本成熟，且对更为复杂的流动问题的模拟计算也在不断的发展，其中计算流体力学( Computational Fluid Dynamics 简称CFD) 受到了越来越多的关注。
计算流体力学已从定性的分析发展到定量的计算，其应用也从最初的航空领域不断的扩展到包括汽车在内的多个领域[1-3] 。
新车型的开发过程中，空气动力性能分析是必不可少的。
利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析能够用来预测或解决一些理论及实验都无法处理的复杂流动问题，并能取代部分实验环节。
但要求对问题的物理特性有足够的了解，才能建立合适的数学方程及相应的初始、边界条件等，这些都离不开实验和理论方法的支持。
目前，数值方法主要是应用欧拉方程和纳维-斯托克斯方程。
在汽车设计的研究分析领域，数值方法与传统的研究方法相结合，能够有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率。
汽车车身外流场计算模型及仿真是计算流体力学在汽车外流场分析方面的应用研究之一[4-8] 。
本文通过建立汽车车身外流场的计算模型，利用计算流体力学方法和适当的矩阵代数算法，基于Fluent 仿真平台，分析研究汽车车身的空气动力性能。
1 汽车车身绕流的数学模型流场运动中，流场运动基本方程是根据基本物理定律质量守恒、动量守恒、能量守恒定律按一定的流体流动模型推导的。
对于空气来说，当风速小于三分之一声速时，也就是风速小于408km/h，可以认为是不可压缩气体。
基于STAR-CCM+的某汽车外流场的数值模拟
１ Ｃ Ｄ Ｆ 建模分析
１１ 整车气 动 性能 分析简 介 ．
流体 力 学有 以下 三 个基本 方程 ，分别 为 ： ・
动 力用 来克 Βιβλιοθήκη 气 动阻 力 ，假如 整车 空气 动力 学性 能
提高 １％，油耗就 可降 低４ ０ ％４５ ％。 汽 车外 流场 属于 不可 压空 气 的钝体 绕流 ，流动
Ｄｏ： ． ９９ Ｊｉｓ ．０ ９ １ ４ ２ １ ．（匕）４ ｉ１ ３ ６ ／ ． ｎ １ ０ －０３ ．０ ４ ０ ｓ ２ ．８
０ 引言
计 算 流 体 力 学 （ Ｕｔ ｔ Ｏ ｌ ｉ ＣＯ ｍＰ ｉ ａ Ｆｌ ａ ｎ ｕｄ
种 是 进 行 风 洞 实 验 ， 另一 种 是 利 用 计 算 流体 动 力 学 （Ｆ Ｃ Ｄ）技 术 进 行 数 值 模 拟 。 传 统 的汽 车 空 气
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通 常 ，在 计 算 整 车 的气 动 性 能 时 ， 只求 解 前 两 个方 程 ，而 不 考虑 能 量方 程 。当车 速为 １ ０ ｍ／ ２ｋ ｈ
连 续性 方程 ：
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Ｎ ｖｅ—ｔｋ ｓ 程 ： ａ ｉｒ ｏ ｅ方 Ｓ
Ｄｖ
尺 度跨 度大 ，各 局部 的流 动特 征差 异大 ，尾 部和 底 部 的流场 十 分复 杂 ，局部 的非 定常性 很 强 。汽 车 空
气 动 力学 与航 空 空气 动 力 学有 很大 的 不 同 ，在 航 空 空 气 动 力 学 中各 个 部 件 可 以 相对 独 立 地 进 行研 究 ，各部 件 间的相 互 作用也 可 以进 行 系统 地评 估 ； 而 汽车 外流 场则 不 同 ，必 须从 整体 进行 考虑 ，且 在 汽 车的 气动性 能达 到 一定程 度 后 ，就 很 难通过 对 各 个 局部 的分 别优 化使其 气动 特 性再 有较 大幅 度的 提
汽车外流场数值模拟湍流模型的研究的开题报告
汽车外流场数值模拟湍流模型的研究的开题报告一、选题背景和意义汽车外流场的数值模拟是研究汽车气动性能的重要手段。
在汽车设计过程中，通过计算流场参数，可以评估车身外形对空气阻力的影响，进而进行优化设计，提高车辆燃油经济性和稳定性。
对于高速列车、飞机等其他的运载工具的气动设计也有类似的意义。
湍流模型是数值模拟中的重要工具，可以模拟流场中的湍流现象，对于气动特性的计算和预测有着重要的作用。
目前，各种湍流模型已经被广泛应用于汽车外流场的数值模拟中，但是不同的湍流模型在预测结果上存在差异，需要进一步研究。
本研究将探讨不同湍流模型在汽车外流场数值模拟中的精度、收敛性等问题，为汽车气动性能研究提供参考依据。
二、研究内容和方法本研究将使用计算流体力学（CFD）方法，对典型汽车外流场进行数值模拟。
其中，采用不同的湍流模型进行计算，通过比较不同湍流模型的数值结果，评估其在汽车外流场计算中的精度和可靠性。
具体来说，本研究将采用ANSYS Fluent软件，选取一款中型轿车作为研究对象，在实际车速下进行气动计算。
计算方法中将使用RANS （Reynolds平均Navier-Stokes）模型，与LES（大涡模拟）模型进行比较，探讨不同湍流模型的优缺点。
三、预期成果本研究将得到不同湍流模型在汽车外流场模拟中的精度、计算效率等方面的比较结果，为设计优化提供参考。
同时，本研究将探讨湍流模型的使用范围和限制，对湍流模型的使用提出建议，为汽车外流场数值模拟的进一步研究提供参考依据。
四、进度安排第一阶段（1个月）：文献综述，收集各种湍流模型的研究成果和相关经验，对不同的湍流模型进行比较和分析，初步确定研究方法和步骤；第二阶段（2个月）：建立数值模型，进行仿真计算，并对含有不同湍流模型的数值结果进行处理和分析；第三阶段（1个月）：对比分析、总结成果，并进行结论总结。
编写论文并参加相关学术交流活动。
汽车外流场的数值模拟
汽车外流场的数值模拟余梦洁，辛喆中国农业大学车辆与交通工程系，北京(100083)E-mail：yumn-830@摘要：本文应用三维建模软件Pro/E、UG，建立了MIRA标准模型组中的方背式轿车和某款面包车的模型。
然后，针对MIRA标准模型组中的方背式轿车，使用计算流体力学软件Gambit、Fluent进行数值模拟，得到了与实验数据相比较为精确的结果，最后，将这一模拟方法运用到某款面包车上，从而预测了该车的空气动力学性能。
关键词：汽车空气动力学汽车外流场 Fluent 数值模拟中图分类号：U463.821.引言随着石油价格的不断上涨,人们越来越注重汽车的耗油量及其空气动力性能,而气动阻力系数是汽车空气动力性能的重要指标。
当前测试汽车气动阻力系数的方法主要有三种:风洞试验法、功率平衡法和数值计算法。
由于数值计算具有效率高、成本低、应用范围广等优点,已广泛被各大企业、科研院校所使用[1]。
作用于汽车上的空气动力可分为如图1所示的x,y,z轴上的3个分力及3个力矩[1].它们分别为:空气阻力Fw,横向力Fy,升力Fz以及侧倾力矩Mx,俯仰力矩My,横摆力矩Mz.其中,对汽车运动性能有显著影响的是Fy,Fz,Mx,Mz.因为这些力及力矩与车速的平方成正比,因此,车速愈高,其影响也愈大[2]。
本文以MIRA标准模型组中的方背式轿车为模型，进行网格化分和数值模拟，并将模拟结果与风洞试验结果相比较。
通过尝试不同方法，得到了较精确的模拟结果。
最后，将这一方法应用到某款面包车上，得到该车的阻力系数和压力、速度分布。
2.MIRA标准模型组中方背式轿车的空气动力学数值模拟2.1 模型的建立2.1.1几何模型试验采用的模型为M1RA标准模型组，模型几何缩比均为1/4。
MIRA标准模型用硬木加工而成，且尾部可更换，分别模拟阶梯背、快背和方背三种轿车形式(如图2,虚线表示快背和方背)。
在TJ-2和IVK汽车模型风洞试验中所用模型由同济大学设计加工，统一的试验模型保证了比较试验的可比性基础[3]。
基于CFD的某汽车外流场数值模拟与分析_雷荣华
研究与分析
2015 年第 4 期 （ 第 28 卷， 总第 138 期）
图4
车身表面声压云图
3
结
论
（ 1 ） 汽车前后的压差阻力主要源于汽车周围的 压强分布， 且车速越大， 发动机克服的总阻力中气动 阻力所占比例也越大。通过优化车身外形， 减少汽车 头部的压力或者升高汽车尾部的压力 ， 都可以有效降
图2 风阻系数 C d 试验值与模拟值
2． 1
压强云图分析 图 3 为汽车对称面压强分布云图。
2012． 学，
· 25·
车身声压计算得到， 值的大小表明了单位时间向外辐 ［4 ］ 射声能的能力 。 从图中可看出， 前脸、 后视镜和 A 柱的声功率分布比较集中， 辐射噪声的能力比较强。 从前面对于压强云图的分析得知 ， 汽车压强最大部位 为前脸和后视镜处， 因此， 在压强梯度高、 声功率值大 产生的气动噪声的能力也较强。 的地方，
·机械研究与应用·
*
基于 CFD 的某汽车外流场数值模拟与分析
雷荣华
（ 重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074 ）
摘
要： 运用流体力学 STAＲ－CCM+ 分析软件， 对某自主品牌车型外流场进行了阻力系数的数值模拟 ， 通过试验和模
Hale Waihona Puke 拟数据的对比， 得到了比较合理的结果 。并计算出了压力分布图和声功率图 ， 根据模拟结果提出了一些有利于减小 汽车阻力系数， 提升汽车性能与乘员舒适性的建议 ， 为汽车外形设计方提供了参考 。 关键词： STAＲ－CCM+ ； 数值模拟； 外形优化 中图分类号： TH122 文献标志码： A 文章编号： 1007－4414 （ 2015 ） 04－0024－02
Starcd对汽车外流场的三维数值模拟
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陈 景 秋! 胡 韩 飞! 张 永 祥
" 重庆大学 资源及环境科学学院 ! 重庆 !$ # " " " E "
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摘!要! 利用 = 对羚羊 B : . ’ C> @ 软件与 6‘ 软件相结合 ! E " " 1 e [ 型小轿 车的 外流场 进行了 数值 模 拟! 并对结果进行分析与处理 $ 模拟结果表明下表面气流流经汽车底部前缘时就发生了分离 ! 其扰动导 致底部湍流边界层迅速增厚 ! 而上表面气流刚经过顶盖后援就在后窗玻璃前缘很快分离 ! 使汽车尾部从 分离线以后都处于分离流之中 ! 而由于压差和主流的拖拽等作用 ! 在尾部形成了极其复杂的涡系 $ 关键词 ! 汽车空气动力学 % % 1 d e% = : . ’ C> @ 6‘ 中图分类号 ! A ! B B 汽车车速的提高 ! 人们对 !! 由于高等级公路的发展 ! 汽车的操纵稳定性 & 安全性与舒适性提出了越来越高 的要求 ! 特别是伴随着地球上日益枯竭的石油资源 ! 油 使燃 油 经 济 性 成 为 汽 车 技 术 的 重 要 课 价上涨等因素 ! 题"研 究 指 出# 如能使气动阻力系数下降! "K ! 汽车的燃油耗可减少 )K !! 采用其它措施 ! #K ! "K ! $ B% 都难达到如此令人满意 " 汽车空气动力学的研究主要有两种方法 " 早期人 们只能够运用风洞实验的手段 " 而风洞实验既费时又 昂贵 ! 还容易受主 ! 客 观 条 件 的 影 响! 效果难以令人满
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）２３５／３５Ｒ１９２９５／３０Ｒ１９３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。
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摘要随着汽车技术的发展以及道路交通的完善，汽车实用车速大大提高，汽车空气动力学成为汽车行业的重点研究方向之一。
本文采用CFD方法对某轿车进行三维外流场的数值建模。
本课题运用UG绘制出实车的1:1三维模型。
在建立仿真模型过程中,考虑到仿真时间与计算机硬件问题,对实车部分细节做出相应的简化。
然后利用ICEM软件建立有限元模型。
本文采用四面体+三棱柱网格混合方案划分网格,并采用密度体包围整个轿车,以对其周围计算区域进行网格加密处理,并对轿车表面面网格做局部细化。
选用Realizablek- 湍流模型,并在其近壁面采用标准壁面函数以提高车身表面流动的模拟精度。
最后利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图和速度矢量图,通过分析整车表面速度和压力特性,了解气流运动规律和情形。
并通过仿真所得结果计算出该轿车的气动阻力系数与升力系数。
根据本文仿真结果并结合轿车造型可以看出,对于轿车,由于流线型造型特点,其气阻力系数相对较小,但是气动升力系数不稳定。
而对于轿车这种高速行驶的汽车,出于安全与稳定性考虑,降低其气动升力比减小气动阻力有着更实际的意义。
关键字:计算流体力学数值模拟气动阻力气动升力AbstractAs the development of automobile technology and improved transport facilities, The vehicle`s Practical Velocity has greatly been improved, vehicle aerodynamics has already been one of the key research directions in the automotive industry. this paper builds a three-dimensional flow field numerical simulation model for a coupe with the existing method of CFD.The project builds the three-dimensional model of real car (l:l) with the use of UG. During the modeling process, there are some simplifications for some of the details of real car, thinking about the simulation time and computer hardware problems. Then this essay builds the finite element model with the ICEM software. In this paper, tetrahedral + Prism hybrid mesh program was used, and the whole couple surrounded by density Body to define the grid surface area. Realizable k- turbulence model used, and Standard wall function near the wall to enhance the body surface flow simulation accuracy. Finally, after the analysis of the model with the use of FLUENT,we obtains the body surface pressure distribution and the velocity vector. through the analysis of vehicle’s surface speed and pressure characteristics, we can understand the laws and situations for air movement. It’s shows that the simulation results obtained meets the flow field characteristics and laws. Then the coupe’s aerodynamic resistance coefficient and lift coefficient can be calculated from the result of the aerodynamic simulation.According to the simulation results and the coupe modeling we can seen that, for the coupe, due to its aerodynamic modeling features, the aerodynamic drag coefficient is relatively small, while the aerodynamic lift coefficient instable. For such a high-speed coupe car, out of considerations of security and s tability, it has more and more Practical significance to reduce the aerodynamic lift than aerodynamic drag.Key words: Computational fluid dynamics: Numerical simulation: Aerodynamic Resistance coefficient; Aerodynamic lift coefficient;目录1 绪论 (1)1.1 研究背景与意义 (1)1.2 汽车空气动力学的研究方法 (1)1.2.1 实验研究 (2)1.2.2 理论分析 (2)1.2.3 数值计算 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 国外空气动力学发展现状 (3)1.3.2 国内空气动力学发展现状 (4)1.4 本文研究内容 (5)1.4.1 研究目标 (5)1.4.2 研究内容 (5)1.4.3 技术关键和难点 (6)2 汽车空气动力学气动特性研究 (7)2.1 空气动力学基本理论 (7)2.1.1 空气的基本物理属性 (7)2.1.2 气流运动的基本方程 (9)2.1.3 粘性流基础 (10)2.2 汽车的气动力与气动力矩 (12)2.3 气动力对汽车性能的影响 (15)2.3.1 气动力对汽车动力性的影响 (15)2.3.2 气动力对燃油经济性的影响 (16)2.3.3 气动力对汽车操纵稳定性的影响 (17)2.4 汽车流场的组成 (17)3 汽车外流场数值模拟理论基础 (19)3.1 汽车外流场的基本假设 (19)3.2 基本控制方程 (19)3.2.1 质量守恒方程(连续性方程) (19)3.2.2 动量守恒方程 (20)3.2.3 能量守恒方程 (20)3.3 数值离散化方法 (21)3.3,1 常用数值离散化方法 (21)3.4 湍流模型 (25)3.4.1 湍流模型的分类 (25)3.4.2 常用湍流模型 (25)4 汽车外流场的数值模拟 (28)4.1 几何模型的建立 (28)4.2 计算区域的确定 (28)4.3 网格的划分 (29)4.4 边界条件的确定 (30)4.5 求解器的选择 (30)4.6 收敛性判断 (30)4.7 汽车数值结果模拟与分析 (31)4.7.1 车身外流场分析 (31)4.7.2气动主力计算及性能分析 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录A英文原文 (43)附录 B汉语翻译 (50)1 绪论1.1 研究背景与意义汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及其与汽车相互作用的一门科学。
汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一,对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性都有着直接的影响。
它是指汽车在流场中受到阻力、升力、侧向力三个气动力及其相应的三个力矩的作用而产生的车身内部及外部的气流特性、侧风稳定性、气动噪声特性、驾驶室内通风、空气调节等特性。
汽车的流场包括内流场和外流场。
由于高等级公路的发展,汽车车速的提高对汽车的操纵稳定性、安全性、舒适性提出了越来越高的要求,特别是由于世界能源危机,石油价格上涨,使得汽车节能技术受到了前所未有的关注。
对于高速行驶的汽车,气动力对其各性能的影响有着至关重要的作用,所以良好的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。
而改善驾驶室的内流特性(驾驶室内通风、散热、取暖、除霜等以及发动机冷却系空气动力特性),在减小气动阻力的同时,降低空气动力噪声,则是保障舒适性的前提随着我国汽车行业高速公路建设的快速发展,汽车车速也随之不断提高,汽车空气动力学在我国汽车工程技术领域的应用也越来越广泛。
我国作为一个人口大国,汽车的需求量,尤其是商用/家用轿车的需求更是巨大的。
随着中国国内轿车保有量不断上升,加之针对2008年金融危机而出台的相关政策的影响,消费者的消费观念愈加趋于理性,他们将目光投向了汽车本身的性能,特别是对动力性和经济性的要求越来越高,汽车行业竞争也变得越来越激烈。
因此,汽车的空气动力性将是决定汽车在当今市场的激烈竞争中取胜的重要决胜点。
设计具备良好空气动力性能的现代汽车,无疑是提高其动力性和经济性的重要首选途径,尤其是对于高速行驶的汽车来说,良好的空气动力稳定性显得尤为重要。
因此,改善和提高汽车的空气动力学特性是具有极其重要的现实意义的。
1.2 汽车空气动力学的研究方法汽车空气动力学目前的研究方法按研究手段可以分为实验研究、理论分析和数值计算三种。
1.2.1 实验研究汽车空气动力学试验主要包括模型风洞试验法、实车风洞试验法和实车道路实验法。
实验研究在空气动力学研究中占有十分重要的地位,它可以更真实地模拟汽车实际行驶状况,并可以提供建立理论模型的依据、检验理论及计算结果的准确性和可靠性。
道路试验只有在汽车样车生产出来后才能进行,属于汽车空气动力学实验研究后期的一个手段,风洞试验则能在汽车设计研发早期开展,是汽车开发或已有汽车变型发展过程中内外形设计的重要手段。
但是实验方法受限于试验环境、实验手段、设备和经费等物质条件。