車身非光滑表面減阻與特征參數(shù)設(shè)計方法研究.pdf

1、進入21世紀，我國高速公路通車里程躍居世界第二位，汽車實用車速大幅度提高，對于高速行駛的汽車，氣動力對其各性能的影響占主導(dǎo)地位，所以良好的空氣動力性能是必不可少的。汽車空氣動力特性是汽車的重要特征之一，對汽車的各主要性能指標都影響顯著。由于汽車氣動阻力正比于車速的平方，且氣動阻力引起的功率消耗又正比于車速的立方。因此，改善汽車氣動特性不僅可以降低其氣動阻力，更可以提高燃油效率，改善汽車的燃油經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的減阻方法顯然已經(jīng)遇到了瓶頸，探索

2、新型氣動減阻方法的需求日益突出。已有的研究表明，自然界許多生物表面的非光滑結(jié)構(gòu)往往能起到十分可觀的減阻效果，受到這一啟發(fā)，將非光滑表面減阻的思路引用到汽車氣動減阻上，以進一步降低汽車車身的氣動阻力。
　　本文將凹坑型、凸包型和溝槽型三種不同形式非光滑表面分別布置在MIRA階梯背模型尾部，利用數(shù)值仿真分析方法和MIRA模型風洞試驗方法對比分析各個形態(tài)非光滑表面的氣動減阻效果。最后利用優(yōu)化方法對凹坑型、凸包型和溝槽型三種不同形式非光滑

3、表面同時進行優(yōu)化設(shè)計，對比分析優(yōu)化結(jié)果。為非光滑氣動減阻提供參考和設(shè)計依據(jù)。
　　首先，運用CFD數(shù)值分析方法，采用V2F模型對光滑MIRA模型以及分別在尾部布置凹坑型、凸包型和溝槽型非光滑表面的MIRA階梯背模型進行數(shù)值仿真分析，并將光滑模型的仿真分析結(jié)果與風洞試驗數(shù)據(jù)進行對比，確保仿真的準確性和可靠性，并得到非光滑模型相比于原光滑模型的氣動減阻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)布置在MIRA階梯背模型尾部的非光滑表面均具有顯著的減阻效果。
　

4、　其次，將不同尺寸透明薄膜加工成凹坑型非光滑表面，將其分別粘貼在MIRA階梯背模型的底部、頂部和尾部，并在湖南大學(xué)HD-2風洞試驗室中進行風洞試驗，得到各組模型的氣動阻力值。將對應(yīng)數(shù)值仿真結(jié)果于試驗結(jié)果進行對比分析，進一步驗證仿真結(jié)果的準確性。
　　最后，以氣動阻力為優(yōu)化目標，非光滑單元體幾何特征參數(shù)——深度、橫向間距和縱向間距為變量，采用Kring模型和遺傳優(yōu)化方法對凹坑型、凸包型和溝槽型三種非光滑表面同時進行優(yōu)化設(shè)計，得到優(yōu)化

5、后非光滑表面的特征參數(shù)及氣動阻力，根據(jù)優(yōu)化后的非光滑表面特征參數(shù)建立相應(yīng)模型，應(yīng)用CFD數(shù)值仿真分析的方法驗證優(yōu)化結(jié)果的準確性。
　　CFD數(shù)值仿真分析結(jié)果表明布置在MIRA階梯背模型尾部的凹坑型、凸包型和溝槽型非光滑表面均具有一定減阻效果，減阻率分別為2.26％、1.69％和1.23％。首次在湖南大學(xué)HD-2風洞中開展了非光滑MIRA模型風洞試驗，數(shù)值仿真結(jié)果與試驗結(jié)果相比誤差極小，驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的準確性和非光滑表面減阻的可