汽车车轮流场的数值模拟

１６力学与实践２００６年第２８卷

的长度大约在１０。一３５０。之间．

如果车轮与地面如图ｌ所示完全相切做成块，则会产生一些由于内角过小而不合格的网格，从而导致数值计算的不收敛．

因此，假设车轮是刚性的，把变形部分裁掉，用一个六面体的块来代替，见图２．这个块的厚度可以参考轮胎与地面的接触区域的高度．将块的侧面与车轮外表面设为一体，这样在模拟的过程中计算区域和实际情况几乎没有什么区别．

图１不合格的块

块

图２合格的块

为了节省计算时间，以车轮纵向对称面为分界面，建立半个计算域．

为研究计算域尺度对计算结果的影响，建立４个逐步变大的计算域模型，如图３所示，由小到大分别为第１，第２，第３，第４计算域．

对这４种计算域划分网格．为了保证计算结果

图３４种寸算域尺度的示意图的有效性，在这４种计算域中，重叠部分的网格划分是一致的．

车轮表面网格呈外密内疏状，车轮外圈的网格最密，网格大小为１ｍｍ左右，车轮中心附近的网格最稀疏，大小在１５ｍｍ左右．以车轮为中心往外，网格越来越稀疏，车轮附近的网格最密，网格大小在ｌ一５ｍｍ之间，而远离车轮的边界部分的网格最为稀疏，网格最大为５００ｍｍ左右．车轮附近的网格划分情况如图４所示．

图４车轮３的网格图

表１为在４种计算域尺度下静止车轮的气动阻力系数，来流速度为９．５９２ｍ／ｓ．

表１４种计算域下静止车轮的阻力系数

由以上４组阻力系数的对比可知，４种计算结果之间的差距逐渐变小，其中第４种计算域计算得到的阻力系数已趋于稳定，因此选用第４种计算域作为以下数值模拟的计算域．

１．４与实验结果的比较

根据文献［２］，雷诺数ＲｅＤ＝！兰＝５．３×１０５，

ｐ

由此可推算出，车轮前进速度∥＝９．５９２ｍ／ｓ．对静止和滚动车轮计算的气动阻力系数与实验结果的比较如表２所示．

表２车轮阻力系数计算值与实验值的比较

１８力学与实践２００６年第２８卷

（ａ）ｕ＝９．５９２ｍ／ｓ

（ｂ）口＝３０ｍ／ｓ

图６轮１在横截面上的速度矢量对比图

５结论

采用计算域尺度的研究方法确定了车轮模型计

（上接第２２页）

究及设计领域是可行的，与风洞试验结合后，可为复杂体型高层建筑的抗风设计提供科学依据．

参考文献

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参考文献

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