详情

原文传递基于流场特性的某敞篷车气动噪声分析与评价

论文题名：	基于流场特性的某敞篷车气动噪声分析与评价
关键词：	敞篷车;车身设计;气动噪声;座舱流场
摘要：	近年来，国民经济水平日渐提高，现代汽车工业发展迅速，人们对汽车的需求也越来越大，同时对汽车的品质要求也越来越高。除了最基本的代步功能，还希望有个性、有科技。敞篷车的开蓬式车身结构不仅能满足人们的个性化需求，还能让人们在追求科技感的同时体验优良的户外感，是较为贴近大自然的一种出行方式。但敞篷车的“开放”特性势必会对座舱驾乘造成影响，故本文以某敞篷车为研究对象，通过计算流体力学 CFD 平台，对其进行稳态与瞬态仿真计算，分析座舱流场的发展情况，并引入 A 计权声压级和声品质客观评价参数对乘员耳部噪声进行分析，再以流场结果为依据进行局部造型改进，为后续敞篷车的开发提供参考依据。具体研究内容如下：　　首先搭建敞篷车整车外 CAS 模型并进行前处理，简化处理对座舱流场及气动噪声影响不大的局部特征，对敞篷车模型进行网格划分，再基于CFD流体仿真分析平台搭建敞篷车稳/瞬态流场和气动噪声数值仿真模型，通过网格无关性验证确定最终网格方案，并通过标准MIRA模型验证仿真方法的准确性；其次通过稳态与瞬态的流场可视化，分析不同速度与不同偏航角下座舱流场变化特性，并通过湍动能、涡系生成与发展、速度场等探究气动噪声的产生原因；然后通过宽带噪声源模型预测车身噪声源分布及大小范围，同时在左右乘员人耳处设置监测点监测其压力脉动，通过FFT将压力曲线转化为A计权声压级频谱曲线，再通过计算得到监测点总声压级，定量分析人耳噪声，并引入心理声学客观评价参数多维度分析人耳噪声特性；最后基于流场分析，对影响气动噪声和座舱流场较大的车身局部位置进行结构改进，探究单一变量对气动噪声和座舱流场的影响情况。　　通过仿真分析得到了如下结论：　　（1）敞篷车后背存在逆向回流，该回流与前风挡后延的分离气流在座舱上方碰撞造成速度较高的涡脱朝座舱内发展；从座椅后方卷入座舱的气流会以左右乘员位置为中心形成方向相反的两个涡旋，同时在人体头部和座椅附近形成多处相对较小的涡旋。　　（2）座舱内负压随速度的增加而减小，前风挡后延气流分离点随速度的增加而逐渐前移；在不同偏航角工况下，从迎风侧卷入座舱的气流会直冲背风侧乘员头部和脸部，使得无偏航角时围绕两乘员的漩涡随着偏航角的增大逐渐往背风侧移动并在背风侧形成多处局部小涡旋。　　（3）敞篷车噪声源主要为偶极子和四极子声源，分布范围几乎相同，遍布整个车身表面，但偶极子声能量远大于四极子声能量；频谱曲线显示其噪声特性为宽频噪声源，靠近座舱外侧的两乘员外耳 A 计权声压级高于靠近座舱中部的乘员内耳 5 dBA左右，车速每增加20 km/h，A计权声压级大致增加5 dBA。　　（4）从声品质评价参数响度、尖锐度、粗糙度可以看出，敞篷车的气动噪声属于响度较大、尖锐度较小的“粗犷”的声音；在车速达到100 km/h时，响度值开始大于50 sone，其值已达到了对人耳听力造成损伤的范围。　　（5）在进行结构改进探究单一变量对座舱流场和气动噪声的影响时发现，抬高前风挡后延高度、延长前风挡长度、增大前风挡倾斜角度、减小后视镜镜柄迎风面积、降低后背高度都可以改善座舱流场和降低乘员人耳气动噪声。　　本文的研究旨在助力敞篷车在空气动力学方面的研究，为后续车企的开发和敞篷车相关的学术研究提供一定的参考，具有一定的学术价值和指导意义。
作者：	王玲霞
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：	2023