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轿车尾流三维瞬态特性的数值模拟研究
| 论文题名： | 轿车尾流三维瞬态特性的数值模拟研究 |
| 关键词： | 轿车尾流;气动阻力;DES分离涡;湍流模型;数值模拟 |
| 摘要： | 气动阻力是影响轿车动力性和经济性的重要因素,而轿车尾流对于轿车气动阻力有着很大影响。研究汽车尾流结构对于降低车辆气动阻力,开发低阻力轿车有着重要意义。汽车的外流场具有三维、分离、不定常等特点,传统的数值计算采用的是稳态模拟法,很难捕捉到尾流的全部细节特性,因此对汽车外流场进行瞬态数值模拟就显得尤为重要。 本文采用瞬态数值模拟的方法,以标准MIRA模型作为研究对象,对三种不同尾部形式轿车的尾流进行了研究,探讨了DES(Detached Eddy Simulation)分离涡模拟法在数值计算中的应用,为改善轿车外形,控制其尾流结构提供了参考。首先在计算流体力学软件Fluent中使用三种不同的湍流模型对Ahmed类车体模型进行了稳态计算,将计算结果与已有的试验数据进行对比,确定了计算相对较精确的湍流模型。然后使用该湍流模型对三种不同尾部形式的 MIRA模型进行稳态计算,对比已有的试验数据,验证了混合网格方案的合理性。最后将稳态计算结果作为初始条件,采用基于SST k-ω的DES法对MIRA模型进行了瞬态计算,得到了轿车尾流区域的湍动能分布和速度分布等信息。通过对计算结果进行分析,主要得到以下结论: (1)直背式车在尾流区域的湍流动能比其他两种车型要高,其尾涡范围和阻力系数也最大,减小尾涡有助于降低轿车的气动阻力。 (2)使用DES分离涡模拟方法对MIRA模型进行瞬态计算所得到的阻力系数比通过稳态计算的到的模型阻力系数要小,更接近试验值。稳态模拟可能会过高的估计模型尾部的湍流动能,造成所得的阻力系数偏大。 (3)轿车的尾流中存在着随机分布的小涡,尾流结构会随着时间发生变化。虽然轿车模型呈几何对称,其尾流结构和尾流区域的瞬态速度分布却并非是完全对称的,尾流具有三维不定常的特性。 (4)通过分析快背式车尾流区域的瞬态速度场可知,在其后风窗处会产生不稳定的涡流,气流并不总是能顺畅的通过后风窗。这说明使用DES瞬态计算方法能更好的捕捉轿车的尾流结构。 |
| 作者： | 刘训 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赖晨光 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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