車尾造型對凹坑型非光滑車身氣動減阻的影響與優(yōu)化.pdf

1、隨著國內(nèi)高速路網(wǎng)的不斷完善，汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，以及世界石油資源的逐步減少，汽車將向著更快更省的方向發(fā)展。汽車行駛速度影響汽車的氣動阻力，汽車行駛速度越大，其氣動阻力也越大。而汽車氣動阻力所消耗的燃油功率與車速的立方成正比，因此車身氣動阻力能夠直接影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。汽車氣動阻力減小，意味著燃油消耗的降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能環(huán)保。隨著空氣動力學(xué)的發(fā)展，減小車身氣動阻力的傳統(tǒng)方法已經(jīng)遇到技術(shù)瓶頸，尋求新型氣動減阻方法和思路已經(jīng)迫在眉睫。

2、研究發(fā)現(xiàn)仿生非光滑表面具有較好的減阻效果，根據(jù)此種減阻思路，將非光滑結(jié)構(gòu)引入汽車車身上，實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能減阻效果。
　　本文基于不同尾部造型的MIRA模型組，將凹坑型非光滑結(jié)構(gòu)引入模型尾部端面，研究不同尾部造型對非光滑減阻效果的影響，并對非光滑表面進(jìn)行優(yōu)化，改善減阻性能，最后將非光滑被動減阻與渦流噴射主動減阻結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)兩種減阻方式的優(yōu)化組合。
　　首先以CFD仿真分析為主線，建立不同尾部造型的MIRA模型組，將凹坑型非光滑

3、表面布置在直背式、斜背式、階段背式三種車型的尾部，對比分析了三種不同車型的尾流結(jié)構(gòu)。通過對模型組外部流場的數(shù)值計(jì)算，并結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)，比較光滑模型和非光滑模型尾部流場、壓力、湍動能等參數(shù)，對比不同尾部造型非光滑表面流場差異。
　　其次通過分析直背式模型凹坑型非光滑單元矩形陣列的氣動減阻效果，以矩形排布和非光滑單元體尺寸作為優(yōu)化對象，采用拉丁方方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)選取樣本點(diǎn)。利用CFD仿真得到樣本點(diǎn)的響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值建立Kriging近

4、似模型。在驗(yàn)證了近似模型的可信度基礎(chǔ)上，以近似模型為基礎(chǔ)進(jìn)行全局優(yōu)化。優(yōu)化后的非光滑表面能改善模型的氣動減阻效果，改善模型尾流。并在優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上分析非光滑車表氣動減阻的機(jī)制，解釋不同車尾造型減阻率變化的原因，為進(jìn)一步研究車身非光滑表面氣動減阻提供理論依據(jù)。
　　最后在直背式非光滑形態(tài)模型的基礎(chǔ)上，在凹坑陣中加裝噴射速度可變的渦流發(fā)生器來控制模型的尾部氣流，改善尾渦結(jié)構(gòu)。通過對光滑、非光滑、非光滑加渦流噴射三種模型的三維流場數(shù)值模

5、擬，得到不同尾部形態(tài)模型壓力以及湍動能參數(shù)，對比不同風(fēng)速下不同模型氣動阻力系數(shù)的差異以及不同噴射速度下的減阻效果，分析模型尾部流場參數(shù)的變化，闡述了渦流噴射擾動效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了非光滑形態(tài)被動減阻與渦流噴射主動減阻的優(yōu)化組合，有效地減小不同風(fēng)速下直背式MIRA模型的氣動阻力。
　　本文研究分析了尾部非光滑表面對于不同車型的氣動減阻效果，并且對直背式車型的氣動效果進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，取得了良好的減阻效果。在非光滑被動減阻的基礎(chǔ)上，通過結(jié)合渦流