原文传递
基于计算流体力学的方程式赛车流场分析与优化
| 论文题名： | 基于计算流体力学的方程式赛车流场分析与优化 |
| 关键词： | 方程式赛车;流场分析;优化设计;计算流体力学 |
| 摘要： | 针对某型大学生方程式（FSC）赛车的整车流场展开计算流体力学（CFD）分析与优化。首先，利用三维建模软件CATIA对车身、车架、发动机总成、车轮、悬架、转向系统及舱内人体模型进行建模、装配并生成风洞分析模型。然后，利用网格划分软件ANSA进行前期几何清理及面网格划分。继而利用CFD分析软件Star-CCM+划分体网格并进行流场的仿真计算。 赛车整车流场的仿真分析分为普通流场仿真分析及舱内热环境仿真分析两部分：普通流场仿真分析主要考察赛车高速及中速行驶下的气流流态及气动受力情况，仿真分析时考虑了车轮转动、地面相对运动及多孔介质影响等较复杂的实际情况；舱内热环境仿真分析则主要涉及中、高速下的发动机舱热管理及乘员热舒适性等问题，仿真分析时设定了发热部件的温度或者发热功率，定义了材料的热力学属性，综合考虑了热传导、热对流和热辐射等因素。 普通流场仿真结果显示：原车外形设计较为合理，气流流态较为平顺，外流场仅存在较为常见的尾部涡流；内流场由于车身封闭度高，只存在速度很小的气流流动；整车的气动阻力和气动升力较为理想，但纵倾力矩在高速情况下偏大，不利于操纵稳定性，需要调整。 舱内热环境仿真结果显示：原车由于采用了气动效果优异的高封闭度车身设计，导致舱内热量积聚从而使发动机舱和乘员舱温度升高、乘员热舒适性变差；这种情况在速度较低时更为明显，甚至影响到自动灭火器的正常工作。原车的热环境较差，需要通过优化大幅改善乘员的热舒适性，并且确保赛车各部件的正常工作。 根据分析结果对原车进行优化设计，具体方案为：①在前扰流板增设负升力翼片，②车身底部设计进排气槽，③加大车身进气孔直径并取消该处的水平导流板。针对优化后的赛车进行CFD分析，结果显示：赛车的气动阻力变化不大，负的气动升力进一步增大27.9％，纵倾力矩得到较大改善，减小了73.5％；乘员舱温度降低到与外界气温一致，乘员热舒适性得到提高，发动机舱高温区域减小，自动灭火器不再会受舱内高温影响而错误触发。 |
| 作者： | 张劼 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 乐玉汉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
