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原文传递车外类后视镜钝体振动对流场影响的数值模拟研究

论文题名：	车外类后视镜钝体振动对流场影响的数值模拟研究
关键词：	汽车后视镜钝体;结构振动;流场特性;气动性能
摘要：	汽车高速行驶时车外后视镜尾部气流流动复杂，对整车气动噪声影响显著。传统的后视镜车身外流场的数值模拟中，常将后视镜视为静止刚体，其分析的结果与风洞及道路试验的结果相比较，往往需做一定的经验修正。事实上，汽车行驶时的众多因素都会引起后视镜凸体结构不同程度的抖动，振动的结构与流场耦合并最终影响车外气动特性。本文基于计算流体力学理论和Fluent动网格技术，探究车外类后视镜钝体在不同振动条件下对流场的影响规律。主要研究内容如下：　　首先对接近后视镜截面形状、在钝体绕流领域一直被忽略的半圆柱模型进行低雷诺数和亚临界雷诺数下的二维流场仿真分析，探究不同振动条件下的气动力变化规律和流场特性。当振动频率与自然涡脱频率发生锁定时，随振幅和振动频率增加而平稳攀升的气动力曲线出现“凹坑”，锁定区间随振幅增大而扩大。锁定区内模型尾流与静止时类似，而锁定区外多频率作用的特点增加了流场的不稳定性。此外，随着振幅增加，锁定区间的边界频率在低雷诺数Re=100时向低频率延伸，亚临界雷诺数Re=20000时向高频率延伸。　　其次，考虑到后视镜在真实流场环境中的三维有限长效应，构建长径比为2的圆柱、半圆柱和通用侧视镜（Generic Side-View Mirror,GSV）三种静止模型，对比三种模型的气动力与流场特征，深入探究亚临界雷诺数下的类后视镜钝体流动机理，并为三维类后视镜振动模型的流场分析奠定基础。结果表明三种模型都表现出明显的三维效应和下洗作用。圆柱模型阻力系数略小于半圆柱，明显大于GSV模型，具有最明显的下洗气流压缩作用，尾涡和自由端面涡流都更为复杂。GSV模型气流过渡更为平稳，自由端面几乎不存在回流区，来流向压差阻力更小。　　最后，进一步对圆柱、半圆柱、GSV三种模型开展不同振动条件下的流场仿真研究。结果表明三种模型锁定区间的边界频率保留了亚临界雷诺数下二维仿真时向高频率转移的特点，但力系数变化规律有所不同。升力系数在振动频率增长到锁定区后急剧增长，其中圆柱模型由于自由端压力场受振动影响更加显著而增长幅度最大；阻力系数整体上随振动频率的增大而提高并在锁定区时突出，整体变化以半圆柱的表现最为显著。此外，三种模型越靠近自由端处尾部回流区面积越小、流速越慢，振动时尾部回流区面积缩小，且在锁定时最小，其中半圆柱模型底面回流区面积较其他模型受振动影响更大。振动对三种模型尾部流场和气动性能影响非常明显且具有一定差异，在相关的空气动力学仿真分析中不宜忽略。认真考虑类后视镜钝体振动给车外流场带来的影响对整车气动特性和NVH（Noise,Vibration,Harshness）性能的预测与控制具有重要意义。
作者：	李红霞
专业：	工业设计工程
导师：	陈鑫
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022