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非光滑表面对汽车尾涡结构的控制分析研究
| 论文题名： | 非光滑表面对汽车尾涡结构的控制分析研究 |
| 关键词： | 汽车尾部;旋涡结构;控制行为;非光滑表面;气动特性 |
| 摘要： | 随着经济的快速发展，汽车制造业水平提高与高速公路的大范围修建，实际行驶的汽车速度越来越快，而汽车的行驶速度对于汽车行驶时所受到的空气阻力影响非常大，汽车行驶所受空气阻力与行驶速度的二次成正比，增加的空气阻力势必提高汽车所消耗的燃料，在世界石油资源逐步紧缺的当前社会，寻求汽车节能减排、降低汽车的行驶阻力是不容缓的。而传统的减小汽车空气阻力的方法已经遇到瓶颈，寻求新型气动的减阻思路和方法已经迫在眉睫。研究发现仿生非光滑表面具有较好的减阻效果，根据此种减阻思路，将非光滑结构引入汽车车身上，研究非光滑结构对汽车尾部流场的影响，实现汽车的节能减阻效果。 本文研究的重点是针对不同车尾造型的三种车型，分别在汽车顶部、行李舱盖、及尾部上布置凹坑型非光滑结构，分析汽车周围速度变化、压力变化、湍流动能变化、湍流耗散率变化等参数，研究非光滑结构的布置对汽车尾部涡流形成的控制作用，充分了解非光滑表面对尾部旋涡结构的控制行为。 本文使用UG软件建立不同尾部造型的MIRA模型组，并将凹坑型结构布置在汽车的顶部、尾部及阶梯背汽车的行李舱盖上，并通过风洞试验与CFD数值仿真相结合的方式，对比分析相同工况设定下，汽车周围压力场与汽车所受空气阻力系数的差别，验证了CFD数值仿真技术的可靠性。通过分析光滑型汽车与表面非光滑型汽车周围的速度变化、压力变化、湍流动能变化、湍流耗散率变化等参数，研究汽车周围流场的生成与变化，发现非光滑结构能有效改善汽车周围的流场。在阶梯背汽车顶部与行李舱盖上布置凹坑型结构，能延迟汽车顶部气流分离，抑制后风窗上猫眼涡的生成，使尾部剪切涡减小和涡核中心前移，但又能使尾部主涡的涡核中心后移，减小尾部主涡的涡量;在三种不同背型汽车尾部布置凹坑型结构，能使尾部剪切涡位置处停滞的气流继续向下游运动，减小尾部气流的摩擦损失，进一步减小了剪切涡的涡量大小，也使得来流更加顺畅，从顶部向下游发展的气流分离延迟，抑制了对尾部主涡的注入量，减小了尾部涡量。 本文研究掌握非光滑结构扰动效应的产生和演化机制，探讨非光滑结构的扰动效应及其对尾涡形成的控制作用，得出非光滑结构能延迟气流分离，控制后风窗上猫眼涡与尾部剪切涡流，也能抑制汽车尾部主涡的生成，为有效控制车辆尾迹中旋涡结构，抑制涡激振动，改善汽车气动特性提供重要依据。 |
| 作者： | 黄剑锋 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨易;张华平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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