当前,汽车高速行驶时的气动升力日益得到国内外的重视,当车速超过80km/h后,气动升力对行驶稳定性的影响已不容忽视。然而国际上气动升力的数值仿真精度尚不能达到工程应用要求,一方面汽车空气动力学适用的经典湍流模型相关经验系数,是基于单一扰流计算演绎推进而来,已能满足气动阻力工程需求,而气动升力对车身周围气流异常敏感,难以准确模拟;另一方面,通用的有限体积法,无法避免空间离散时的网格畸变,且经验式等厚附面层网格与实际车身附面层不符;能避免网格弊端的格子LBM-les法,其粒子拓扑关系和湍流模型制约着计算精度和效率;由于风洞试验中不可避免的存在模型安装姿态、车身底部与风洞地板的双附面层等干扰因素,气动升力难以测量准确。此外,由于车身风压中心难以确定,数值仿真和风洞试验中,前后两轴分项升力系数很难获得,因而在工程应用中无法有效的对气动升力进行优化控制。针对以上问题,本文从气动升力风洞试验数据修正和改进格子LBM-les数值计算方法入手,开展了如下具体的研究工作:1.开展了气动升力风洞试验数据修正研究。研究了汽车模型安装姿态、车身底部和风洞地板附面层对气动升力测量影响规律,探明了车轮离地间隙和地面附面层是气动升力测量精度影响的关键因素。针对模型安装后,风洞地板附面层无法测量的问题,首次提出了压板阵列管压力转化法,获得了风洞地板附面层厚度分布规律和抽吸率对附面层厚度影响规律;为保证流场品质,以6%为最佳抽吸率,对气动升力-离地高度/地板附面层厚度进行数据拟合,得出了车轮无离地间隙且附面层厚度符合SAE标准的气动升力值,建立起一套风洞试验气动升力系数据修正方法,并以此获得了多款车型更为精准的气动升力风洞试验数据;2.进行了格子LBM-les法粒子拓扑关系寻优研究。为从空间离散模型环节保证计算精度,结合汽车扰流特性,在多款车型的有限体积法仿真结果和试验对比基础上,分析了影响数值仿真精度的主要因素;为避免空间离散时网格畸变和附面层网格不符合实际流动的问题,选择格子LBM-les法,并以具有单一流动特性的圆柱扰流为研究对象,采用试验设计优化法,建立了格子LBM-les法粒子拓扑关系的普适性准则,获得了最优粒子分布参数,仿真与试验对比表明,基于普适性准则而建立的最优粒子分布参数,提高了格子LBM-les法气动升力计算精度7.58%。3.对格子LBM-les法进行了改进研究。为提高气动升力仿真精度和效率,在相同的硬件和计算模型条件下,结合风洞试验数据,对比分析格子LBM-les法Smagorinsky-Lilly、动态Smagorinsky-Lilly和Wall-adapting local eddy-viscosity模型的计算资源消耗、气动力、流场、表面压力等仿真结果,对计算效率最高且精度尚可的Smagorinsky-Lilly亚格子模型,应用多岛遗传优化算法,对经验系数进行了寻优研究,结合最优粒子拓扑结构,形成了兼顾效率和精度的改进的格子LBM-les法,应用该方法仿真所得多款模型的气动升力误差在5%以内。4.研究了基于改进格子LBM-les法的多工况下汽车气动升力特性。针对车身周围气流流动状态不同而导致气动升力特性差异较大问题,对某款轿车模型在不同简化程度和车轮旋转工况下,开展了各工况流场特征、压力、升力系数及功率谱等气动升力特性研究;针对车身姿态连续变化与静态变化下的气动升力特性有着本质区别的特点,采用改进的格子LBM-les法,对加速过程中车头连续抬起的工况进行了研究,从而揭示了汽车高速行驶时不稳定状态下的气动升力变化特性。5.开展了前后两轴气动升力分项系数求解方法研究。针对汽车车身风压中心难以确定,数值仿真和风洞试验中,前后两轴分项升力系数很难获得,不能有效的对气动升力进行优化控制的问题,基于SAE标准与HD-2风洞设计规范,研究了HD-2风洞中模型安装位置与受力关系,推导了六分力力系平衡方程,建立了试验条件下前后两轴分项升力系数计算公式;基于此,利用升力系数无量纲性,建立了HD-2风洞结合CFD的汽车气动升力系数求解算法。6.开展了实际轿车模型气动升力优化控制研究。根据汽车高速行驶时不稳定状态下的气动升力变化特性,将车身底部封闭,使得气动升力降低36.4%,减阻4.29%;在此基础上,提出了防“发飘”前齿结构,采用优化拉丁超立方、kriging近似模型和采用多岛遗传算法,开展了结构优化设计,改善了某轿车气动升力特性和高速稳定性。综上所述,通过基于LBM-les法改进与风洞试验气动升力数据修正研究,提高了汽车气动升力仿真与试验数据精度,经大量风洞试验和仿真研究,为解决汽车气动升力和提高高速气动稳定性提供了理论依据和方法,具有重要的理论与工程应用价值。