小轿车绕流流场的三维数值模拟讲解.PDFVIP

2004年 10月 重庆 大学学报 Oct．20O4 第27卷第10期 Journal of Chongqing University Vo1．27 No．10 文章编号：1000—582X(2004)10—0134—04 小轿车绕流流场的三维数值模拟 陈景秋，樊 雪峰，胡韩飞 (重庆大学工程力学系，重庆 400030) 摘 要：利用商用计算流体力学(CFD)软件PHOENICS与CAD软件相结合，对长安奥托SC7081A 型小轿车周围流场进行了三维数值模拟，重点分析了小轿车尾部的湍流情况。结果表明：由于小轿车外 形的复杂性和地面效应，面包车周围的流场极其复杂且表现出三维湍流特征；在汽车尾部区域，由于气 流在此处突然失去附着，形成马蹄涡和拖拽涡，使尾部气流的流动状况变得更加复杂，大尺度涡的形成 使得气流耗散的能量增加，从而使汽车的阻力显著增大。 关键词：汽车空气动力学；CFD；PHOENICS；PARSOL 中图分类号：V211 文献标识码：A 随着汽车技术的提高和高等级公路的发展，汽车 的时间较短，所需经费较少。但是，数值模拟也存在着 实用行驶速度日益提高，汽车在行驶时与空气相作用 一 些缺点，如因没有完全搞清楚湍流等流态特性，对有 的气动阻力也越来越显著，它在很大程度上影响着汽 些问题还没有普遍适用的数学模型，在数值计算上收 车的经济性、动力性和稳定性…。世界性的石油危机 敛性和精度也有待改进。当然，数值计算不能完全替 使石油价格一度暴涨和严重短缺，研究指出：如能使气 代试验，试验对于校正CFD方法和检验CFD结果是 动阻力系数下降2(】％～25％，汽车的燃油耗可减少 非常必要的。 8％～20％，采用其它措施都难达到如此好的效果 J。 1 研究方法 由于以上两个因素和汽车厂家追求利润的驱使，近十 几年，关于汽车气动性能的研究进入了一个较成熟的 汽车空气动力学属于低速空气动力学，即使考虑 阶段。 迎面来风的情况下作用于汽车上的相对空气流速也低 迄今为止，国内外汽车空气动力学的研究一般是 于音速。假设汽车的最高车速为250 km／h，马赫数也 用试验和理论相结合、以试验为主计算为辅的方 只有0．20，这时的空气密度变化大约仅为2％。因此， 法¨ J。试验主要是进行风洞试验，它是汽车空气动 通常对于家用或商用轿车来说可不考虑气体的压缩 力学研究的主要手段。限于费用问题，目前大多用模 性，将其简化为不可压流体处理。由于空气相对汽车 型风洞试验。风洞试验结果精度高、可靠性好，对研究 作低速流动，空气的热传导系数很小，汽车对周围流场 外部气流干扰件(后照镜、绕流板等)的气动作用大小 的热影响可忽略。另外空气的密度很小，在模拟汽车 比较有效，而这些干扰件则是数值计算模型简化的难 周围流场时，流场中空气的单位质量力可以忽略。由 题，它是发现和验证理论和计算方法的重要手段和基 上得知，要想较好地对小轿车周围流场进行数值模拟， 础 。近年来，伴随着计算机的发展及计算技术的进 需要较精确地模拟汽车外形几何条件和把流场作为三 步，数值研究取得了迅猛的发展。数值研究被称为计 维不可压缩粘性等温流场来处理¨ 。 算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)，它利 为了避免汽车外部配件等对车身流场的干扰，平 用数值算法将流场的控制方程离散到一系列网格节点