基于空气动力学的车身造型设计Word格式.docx
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所分析的模型选择某豪华轿车l:
2
实车模型,对实车模型作了如下简化:
忽略车身外部突起物如后视镜、刮雨器等
部分;
没有考虑车轮影响;
对车身底部做了简化,没有模拟车底真实的几何形状。
为了节省计算耗费,只取实车模型沿纵向对称面的一半。
利用FLUENT进行模型分析,得出车身表面压力分布图、压力场的流态显
示,并计算了相应的阻力系数,从而较好地模拟了轿车的外流场,确定了车身空
气动力学特性,并对模型在不同的边界条件下和不同的湍流模型下进行了比较和
分析,为数值模拟的实用化做了一些有益的尝试。
本文还详细论述了基于空气动力学的车身造型设计方法,以及其两条技术路
线,积极探索空气动力学在车身造型中的具体应用,为车身设计提供了新的思路。
最后得出结论,汽车空气动力特性的数值模拟可以辅助汽车设计师,在设计
初步完成之后,对其进行流场的数值模拟,对设计提出改进意见,争取达到美学
与空气动力性完美结合的程度。
关键词:
空气动力学,车身设计流程,车身造型设计,数值模拟
Abstract
Withthedevelopmentofhighway,riseoffueloil
price
aswellaS
promulgation
of
evenmorestrictlawsandregulations,therequest
on
dynamic
characteristics,fuel
economy,drivingstability
andcomfortis
increasing,which
resultintheresearchon
automotiveaerodynamicshasbecome
all
importantpart
technique
inautomotive
industry.Usingcomputational
FluidDynamics(CFD)methodstocarryon
the
forecasttoit’Sperformance,cansavelargeamountsofmoneyandreducethecycleof
newvehicledevelopment,comparestothewindtunneltest.
Inthiskindofsituation,acar-bodymodeldesignmethodbasedonaerodynamics
analysis
is
presentinthispaper.
Firstly
thethesiselaboratedincludestheconstructionofgeometricandphysical
models,selectionofturbulencemodel,definition
ofboundaryconditions.Thescaleof
modelis1:
2.Themodelis
simplified:
neglectingexternal
heavessuchastherearview
mirrorandwiper;
noconsideringtheeffectofthewheels;
simplifyingtheunderbody,no
simulating
thereal
underbodygeometryshape.In
ordertosavethe
computational
expense,halfofthe
modelischosenalongthe
longitudinalsymmetryplane.
Using
theFLUENT
analyzed
themodel.the
description
pressure
fieldand
car-body
surface
distributionmapareobtainedandthe
drag
coefficienwere
calculated,then
theouterflowfieldofsedanhadbeensimulated
well.The
aerodynamiccharacteristicswereobtmned,while
comparison
andtheanalysisto
themodelunderdifferentboundaryconditionandunderthedifferentturbulence
modelhadcarriedon,whichhadmadesomebeneficialattemptsforthenumerical
simulationpracticalapplication.
11lecar-bodydesignmethodbasedonaerodynamicsiSalsodiscussedindetailin
thearticle,aswellasitstwotechnical
route,positivelyexplores
themethodof
aerodynamicsapplication
car-bodymodel,which
hadPresentanew
way
for
car-bodydesign.
Intheconclusion.thenumericalsimulation
oftheautomobile
aerodynamics
characteristiccouldassisttheautomobiledesigner,afterthedesigncompletedinitially,
analyses
itsflowfieldcharacteristic,putforwardimprovementopinionfordesign
proposal,afterthedesigncompletedinitially,strives
forachievethe
perfect
combine
oftheestheticsandtheaerodynamics.
Keywords:
Aerodynamics,Bodydesignprocedure,car-body
model
design,
Numericalsimulation
n
独创性声明
本人声明,所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写
过的研究成果,也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材
料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了
谢意。
研究生签名:
日期砧f
关于论文使用授权的说明
本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交
论文的复印件,允许论文被查阅和借阅:
学校可以公布论文的全部内容,可以采用影印、
缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)
武汉理:
【大学硕+学位论文
第1章绪论
1.1课题研究背景
1.1.1汽车空气动力学的发展概况
汽车依据其外形和功能用途可分为三类:
乘用汽车(轿车)、商用汽车(货
车及客车)和赛车(高性能汽车)。
轿车的演变,反映了汽车空气动力学的发展
过程。
1.1.1.1汽车空气动力学的发展历史
自从第一辆汽车问世,至今已有一百年的历史。
在汽车发明后的最初十几
年,由于大多数局限于解决机械问题,且车速很低,所以空气动力学方面的问
题并没有提到议事日程上来。
把空气动力学的概念与研究成果引入汽车设计中,形成独特的汽车空气动
力学学科,是从上世纪20年代开始的。
当时空气动力学在航空航天领域内得到
了飞身发展,很多航空领域的空气动力学研究成果被尝试移植到汽车领域。
汽
车德国人EJaray提出了“最小阻力的外形是以流线体的一半构成的外形”和“只
有消除汽车尾部气流分离,才能降低阻力”等论点大大推动了汽车空气动力的
发展。
他通过风洞试验提出了所谓的“合成型车身’’概念(又称“J”型车)。
如图1.1所示。
图1.1“J"
型车
1930年美国Chrysler公司开始从事有关汽车空气动力学研究工作,并于
1934年推出“气流"
牌(AirFlow)汽车。
1933年美国人W.E.Lay在密西根大学进行了可更换的各种车头和车尾组成
的积木式汽车模型的风洞试验,较详细地分析了车身前后主要参数对气动阻力
的影响和前后流场的相互作用。
图1.2给出了几十年来轿车的气动阻力系数统计数据变化规律图。
从图中
可以看出,正是由于多年来汽车空气动力学的研究成果,使得汽车的气动阻力
系数不断地降低。
图中出现了气动阻力系数回升时期,这主要是因为当时,以
美国车为代表的轿车更多地追求豪华与乘坐舒适性,以牺牲气动阻力为代价。
后来发生的石油危机,才使得人们重新重视燃油经济性,而积极开发外形紧凑,
气动阻力系数小的汽车。
气动阻力系数
图1.2气动阻力系数变化规律图
最初汽车空气动力学只注意降低空气阻力,随着车速的提高,人们注意到
气动升力及侧风稳定性问题。
近期汽车空气动力学的发展又开始注意了驾驶室
内流、发动机冷却、空气动力噪声及消除车身上泥土附着等问题,并且国内有
些汽车厂家已经把汽车内流场概念引入到产品开发过程中。
汽车空气动力学的研究工作虽然早已开始,但直到上世纪70年代以后,这
方面的研究才得以真正高速发展起来。
以英国人A.J.SciborRyst虹和德国人
W.H.Hucho为代表的一批科学工作者,在总结前任的研究成果基础上结合各自
的研究工作,为使汽车空气动力学成为一门独立的研究学科奠定了坚实的基础
【11。
9
8
7
6
5
4
3
O
汽车空气动力学的发展历史表明,汽车空气动力学是伴随着道路状况的改
善和使用要求的提高而引起汽车造型的变化而发展起来的,可以说汽车造型变
化的历史就是空气动力学的发展史。
1.1.1.2汽车空气动力学的四个发展阶段
汽车空气动力学是一门工程应用科学或所谓的经验科学大量的汽车空气动
力学方面的重要结论来
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