本文關(guān)鍵詞：基于VOF的汽車涉水及車身表面水相分布的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：伴隨著城市居民人均消費(fèi)水平的提高,汽車已經(jīng)不再是望而卻步的奢侈品,許多家庭都已經(jīng)進(jìn)入“二車”時(shí)代。這種潮流也使得用戶對(duì)汽車的質(zhì)量要求越來(lái)越高,并且人人都?jí)粝霌碛幸惠v功能強(qiáng)大、美觀好看的“可移動(dòng)式家具”。所以,為了使客戶擁有一個(gè)愉悅的駕乘體驗(yàn),汽車表面的整潔度、舒適度問(wèn)題逐漸被工程師們關(guān)注起來(lái)。因此,研究汽車涉水時(shí)車輪濺起的水花在車身側(cè)面上的污染區(qū)域分布是汽車研發(fā)的過(guò)程中關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),具有舉足輕重的意義。在計(jì)算流體力學(xué)相關(guān)研究中,通常采用理論分析、數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三種方法。與理論和實(shí)驗(yàn)研究相比,數(shù)值仿真具有方便快捷、時(shí)效強(qiáng)的優(yōu)勢(shì),可以模擬各種特殊工況,通過(guò)分析相分布云圖、速度矢量云圖、壓力云圖來(lái)分析流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、不同相界面來(lái)分析污染趨勢(shì)。本文將傳統(tǒng)計(jì)算流體力學(xué)方法和多相流理論相結(jié)合,探索出一種研究汽車涉水時(shí)車輪濺起的水滴在車身表面附著區(qū)域面積大小的數(shù)值仿真方法。先用2D潰壩模型對(duì)方法予以驗(yàn)證,然后建立不同輪輻輻板結(jié)構(gòu)和不同胎面花紋形狀的輪胎,選擇非穩(wěn)態(tài)Realizable k-ε模型作為湍流模型,使用流體體積法(VOF)來(lái)捕捉相界面的分布及運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。并用圖形處理軟件對(duì)水相像素面積進(jìn)行計(jì)算,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比,驗(yàn)證了所采用的數(shù)值仿真方法的準(zhǔn)確性,為本文后續(xù)的科研工作奠定了良好的基礎(chǔ).有了衡量污染程度的量化指標(biāo)之后,通過(guò)對(duì)比不同模型的PHASE云圖及輪胎后部流線圖可知:帶有輻板結(jié)構(gòu)的車輛涉水時(shí)水相在壁面的附著面積比較小,并且輻板的開(kāi)孔數(shù)目越少其涉水性能越優(yōu)越,水相在車身壁面上附著的概率就越小。同時(shí),開(kāi)孔面積越大,輪胎后面的氣流越紊亂,水相的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就越不規(guī)則,容易在車身表面附著。最后,針對(duì)汽車涉水行駛時(shí)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境條件,本文提出了一種改善車輪濺水影響的方案。采用科學(xué)有效的方法對(duì)汽車擋泥板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化:以擋泥板尺寸為輸入、車身側(cè)面水相附著面積為響應(yīng),運(yùn)用Isight搭建優(yōu)化平臺(tái),通過(guò)建立Kriging近似代理模型來(lái)實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)附件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。并對(duì)尋優(yōu)結(jié)果用傳統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)方法予以驗(yàn)證,證實(shí)了近似代理模型的可信度及優(yōu)化思路的準(zhǔn)確性。為后續(xù)相關(guān)研究奠定了夯實(shí)的理論基礎(chǔ)。本文將傳統(tǒng)計(jì)算流體力學(xué)方法和多相流理論相結(jié)合,確定了一套基于有限體積法、非穩(wěn)態(tài)Realizable k-ε湍流模型、流體體積法的分析汽車涉水時(shí)車輪濺起的水花在車身側(cè)面上的污染分布的研究方案。分析和揭示了不同輻板結(jié)構(gòu)、胎面花紋對(duì)汽車濺水的影響。并從空氣動(dòng)力學(xué)的角度提出了減少車身表面水相分布的降污方案,為汽車外流場(chǎng)分析、多相流的研究做出了貢獻(xiàn),并對(duì)汽車研發(fā)過(guò)程中氣動(dòng)附件的設(shè)計(jì)提供了理論支持,具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：計(jì)算流體力學(xué) 汽車空氣動(dòng)力學(xué) 多相流理論 近似代理模型 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U461
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.1.1 汽車空氣動(dòng)力學(xué)12-13
• 1.1.2 研究汽車涉水污染的意義13-14
• 1.2 汽車輪胎花紋的功用及其特點(diǎn)14-16
• 1.3 汽車車輪輪輻16-17
• 1.3.1 輻板式輪輻16
• 1.3.2 輻條式輪輻16-17
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-20
• 1.5 汽車水污染其他實(shí)驗(yàn)研究方法20-21
• 1.6 本文研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.7 本章小結(jié)22-24
• 第2章 計(jì)算流體力學(xué)的相關(guān)方法與模型24-34
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)概述24
• 2.2 基本控制方程24-25
• 2.2.1 質(zhì)量守恒方程24
• 2.2.2 動(dòng)量守恒方程24-25
• 2.2.3 能量守恒方程25
• 2.3 湍流數(shù)值模擬方法25-29
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)k-方程26-27
• 2.3.2 Realizable k- 模型27-28
• 2.3.3 標(biāo)準(zhǔn) ? 方程28-29
• 2.3.4 SST ? 方程29
• 2.4 多相流相關(guān)定義與數(shù)值模擬29-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 基于VOF方法研究車輛涉水時(shí)車身表面水相分布面積34-54
• 3.1 潰壩模型仿真驗(yàn)證34-36
• 3.2 車輪輪輻結(jié)構(gòu)對(duì)汽車濺水的影響36-48
• 3.2.1 本文研究中使用的模型36-38
• 3.2.2 計(jì)算域及網(wǎng)格策略38-41
• 3.2.3 數(shù)值仿真邊界條件41
• 3.2.4 仿真結(jié)果分析41-48
• 3.3 車輪花紋結(jié)構(gòu)對(duì)汽車濺水的影響48-52
• 3.3.1 本文研究中使用的模型48-49
• 3.3.2 數(shù)值仿真邊界條件49-50
• 3.3.3 仿真結(jié)果分析50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第4章 基于Kriging模型的改型式MIRA汽車擋泥板優(yōu)化設(shè)計(jì)54-72
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與近似代理模型方法54-55
• 4.2 改型MIRA模型擋泥板優(yōu)化設(shè)計(jì)55-70
• 4.2.1 CAD模型建立56-58
• 4.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)指標(biāo)58
• 4.2.3 DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算58-63
• 4.2.4 Kriging近似模型的建立與尋優(yōu)算法選擇63-65
• 4.2.5 尋優(yōu)計(jì)算域數(shù)值驗(yàn)證65-67
• 4.2.6 優(yōu)化結(jié)果分析67-70
• 4.3 本章小結(jié)70-72
• 第5章 總結(jié)與展望72-74
• 5.1 全文總結(jié)72-73
• 5.2 研究展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 作者簡(jiǎn)介和科研成果78-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：850638