非光滑单元体结构对车身气动特性的影响分析

【摘要】社会经济不断发展，人民生活水平不断提高，汽车已经走进千家万户，成为人们生活的必需品。汽车消费量的不断增加，导致能源消耗日益增长，使得人们也越来越关注石油的价格。在汽车设计、制造技术不断发展的今天，汽车在满足安全、舒适和高速等基本要求的同时，降低汽车车身阻力，提高汽车的经济适用性已成为重要的研究课题。本文研究的主要内容包括分析仿生非光滑表面的研究现状，以非光滑表面减阻理论为基础，结合非光滑表面减阻的应用实例，确定仿生非光滑表面形态的选择原则，优选出三种典型的非光滑单元体形态。通过对MIRA阶梯背模型外流场的分析，确定了非光滑单元体的布置位置选择原则。以边界层理论为指导，确定了非光滑单元体尺寸的选择原则。详细介绍了计算流体力学数值模拟方法，以及MIRA阶梯背数字模型的建立过程。提出获得高质量网格的试验方案，修正了求解软件中的求解参数，完成了边界条件的设定。通过仿真试验，验证了数值模拟方案的可行性，保证了试验的统一性和准确性。通过对凹坑型非光滑单元体的单独研究，发现凹坑型非光滑表面的减阻效果受凹坑型非光滑单元体深度、间距和布置位置的影响。同时发现凹坑型非光滑单元体位置组合布置的减阻效果优于单独布置的减阻效果。利用正交试验，以减阻率为试验指标，通过对正交试验数据的分析，得到影响非光滑表面减阻效果的非光滑单元体结构因素的主次关系。分析了非光滑表面对车身外流场的影响情况，以及对车身压差阻力和摩擦阻力的影响。随后对非光滑单元体的减阻机理进行深入研究，发现凹坑型非光滑单元体内部形成旋转的涡流，产生空气轴承的效果。沟槽型非光滑单元体内部同样会产生回旋的气流，使沟槽型非光滑单元体内部形成稳定的速度梯度。凸包型非光滑单元体周围同样可以形成较稳定的速度梯度。布置在车身表面不同形态的非光滑单元体可以改变流经非光滑表面边界层气体的流动状态，降低速度梯度，增加边界层厚度，减小剪切力做功造成的能量损耗，同时减小车身的压差阻力。论文通过对非光滑单元体结构因素对车身气动特性的影响分析，为非光滑表面在车身减阻方面的应用提供了条件，为后续进行非光滑表面的研究奠定了理论基础。
【作者】伍奕桦；
【导师】杨易；
【作者基本信息】湖南大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】汽车车身；流场分析；气动特性；非光滑单元体；

【参考文献】
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