進入21世紀(jì),我國高速公路通車?yán)锍誊S居世界第二位,汽車實用車速大幅度提高,對于高速行駛的汽車,氣動力對其各性能的影響占主導(dǎo)地位,所以良好的空氣動力性能是必不可少的。汽車空氣動力特性是汽車的重要特征之一,對汽車的各主要性能指標(biāo)都影響顯著。由于汽車氣動阻力正比于車速的平方,且氣動阻力引起的功率消耗又正比于車速的立方。因此,改善汽車氣動特性不僅可以降低其氣動阻力,更可以提高燃油效率,改善汽車的燃油經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的減阻方法顯然已經(jīng)遇到了瓶頸,探索新型氣動減阻方法的需求日益突出。已有的研究表明,自然界許多生物表面的非光滑結(jié)構(gòu)往往能起到十分可觀的減阻效果,受到這一啟發(fā),將非光滑表面減阻的思路引用到汽車氣動減阻上,以進一步降低汽車車身的氣動阻力。本文將凹坑型、凸包型和溝槽型三種不同形式非光滑表面分別布置在MIRA階梯背模型尾部,利用數(shù)值仿真分析方法和MIRA模型風(fēng)洞試驗方法對比分析各個形態(tài)非光滑表面的氣動減阻效果。最后利用優(yōu)化方法對凹坑型、凸包型和溝槽型三種不同形式非光滑表面同時進行優(yōu)化設(shè)計,對比分析優(yōu)化結(jié)果。為非光滑氣動減阻提供參考和設(shè)計依據(jù)。首先,運用CFD數(shù)值分析方法,采用V2F模型對光滑MIRA模型以及分別在尾部布置凹坑型、凸包型和溝槽型非光滑表面的MIRA階梯背模型進行數(shù)值仿真分析,并將光滑模型的仿真分析結(jié)果與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)進行對比,確保仿真的準(zhǔn)確性和可靠性,并得到非光滑模型相比于原光滑模型的氣動減阻率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)布置在MIRA階梯背模型尾部的非光滑表面均具有顯著的減阻效果。其次,將不同尺寸透明薄膜加工成凹坑型非光滑表面,將其分別粘貼在MIRA階梯背模型的底部、頂部和尾部,并在湖南大學(xué)HD-2風(fēng)洞試驗室中進行風(fēng)洞試驗,得到各組模型的氣動阻力值。將對應(yīng)數(shù)值仿真結(jié)果于試驗結(jié)果進行對比分析,進一步驗證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。最后,以氣動阻力為優(yōu)化目標(biāo),非光滑單元體幾何特征參數(shù)——深度、橫向間距和縱向間距為變量,采用Kring模型和遺傳優(yōu)化方法對凹坑型、凸包型和溝槽型三種非光滑表面同時進行優(yōu)化設(shè)計,得到優(yōu)化后非光滑表面的特征參數(shù)及氣動阻力,根據(jù)優(yōu)化后的非光滑表面特征參數(shù)建立相應(yīng)模型,應(yīng)用CFD數(shù)值仿真分析的方法驗證優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性。CFD數(shù)值仿真分析結(jié)果表明布置在MIRA階梯背模型尾部的凹坑型、凸包型和溝槽型非光滑表面均具有一定減阻效果,減阻率分別為2.26%、1.69%和1.23%。首次在湖南大學(xué)HD-2風(fēng)洞中開展了非光滑MIRA模型風(fēng)洞試驗,數(shù)值仿真結(jié)果與試驗結(jié)果相比誤差極小,驗證了數(shù)值仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和非光滑表面減阻的可靠性。最后同時對凹坑型、凸包型和溝槽型非光滑表面進行優(yōu)化設(shè)計,相比優(yōu)化前的氣動阻力系數(shù),優(yōu)化后的減阻率分別達到4.41%、3.97%和4.11%。本文旨在為車身非光滑表面減阻提供方法參考和參數(shù)設(shè)計依據(jù),類似非光滑表面均可參照本文非光滑表面形態(tài)選取以及幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法進行設(shè)計,為后續(xù)研究減少人力和物力消耗。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：U461.1
【部分圖文】：

物學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，自然界的許許多多的生物體表都是凹凸不平的，研究發(fā)現(xiàn)，這種逡逑類型的體表能減小生物在運動中所受到的阻力。如生活在高粘性±X討械睦�，辶x掀渫凡康姆槍饣礱媯繽跡保彼荊莧美湓誄筆

本文編號：2812805