基于CFD的双道超车气动特性的研究

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随着高速公路的大面积覆盖和汽车产业的快速发展,汽车的公路行驶安全备受关注。车辆在公路高速行驶时,两车道均有行驶车辆时的双道超车现象越发频繁。而在这种状态下行驶时,汽车的安全性和稳定性的问题备受人们关注。同时车身造型也直接影响着汽车周围的流场,而汽车外部流场又直接影响着行驶稳定性、经济性和安全性。所以根据汽车外流场变化和双道超车过程流场的变化,采取相应措施,来提高汽车的稳定性、安全应和经济性,是一种十分有效的方法。本文通过CFD(计算流体力学)软件对双道超车过程进行瞬态模拟,研究双道超车过程中车辆的外流场变化,并分析在双道超车过程中气动力变化的原因。在对超车过程进行分析之前,首先对所选用的SUV模型进行局部外形优化,通过对模型进行几何清理、网格划分、设置边界条件等一系列前处理工作,经过计算最终确定风阻系数为Cd=0.353。通过对所得的车身表面压力云图,气流速度矢量图以及涡量图的分析,制定局部改进方案,通过对车身的局部改进,最后得出最理想的风阻系数。将优化后的汽车模型简化处理,并进行双道超车过程的瞬态模拟。通过GAMBIT软件建立二维双道超车模型,设置模型网格大小和计算域的边界条件。将网格模型导入FLUNENT,并编写Profile程序来实现超车的运动过程,通过计算得出双道超车过程的压力云图、速度矢量图、流线图及涡量图,并对其进行分析,最后给出双道超车的合理建议。研究表明,双道超车过程中,三辆车周围均出现强烈的压强和空气流速变化,当主超车在两车之间时,流场变化更为复杂,随着车辆相对位置的变化,三车周围的涡形态发生明显变化,涡的变化消耗流场中的能量,使车身受力发生变化;行驶过程中,三辆车的侧向力、风压中心位置及横摆力矩均发生明显变化。在双道超车过程的基础上,对不同车速和车型进行超车过程的数值模拟,研究表明:随着速度的增加,主超车与被超车在最大侧向力处车身两侧的压强差明显增大,主超车与被超车的最大侧向力近似线性增长;当在两车道均存在大车的情况下进行超车时,在相同车速的情况下,主超车超越大车时的最大侧向力明显大于超越同车型。超越大车时,主超车的行驶稳定性将受到更大影响。
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