MIRA模型组尾部造型风洞试验研究

汽车尾涡是整车气动阻力主要来源之一,而汽车尾涡直接受尾部造型的影响.因此,研究车身尾部造型对气动阻力的优化具有重要意义.以MIRA标准模型组为研究对象,通过风洞试验,运用表面压强测量技术和粒子图像测速(PIV)技术,得到MIRA模型组各模型的阻力系数以及车身纵对称面表面压强分布和尾部速度流场,并对此进行了定性、定量分析,获得了模型组中各模型阻力系数变化与车身尾部造型的关系.试验结果表明,在模型组中,斜背的阻力系数最小,阶梯背较大,直背最大,且这3种模型的尾部负压区、尾涡涡核距车身距离、尾涡扩散范围依次呈现增大趋势.     

轿车尾随集装箱车外流场计算仿真分析

利用计算流体力学(CFD)软件对一辆小轿车尾随一辆集装箱车的过程进行了数值模拟,得到了在尾随过程中小轿车的气动阻力系数和气动升力系数相对变化曲线图.通过仿真结果可以得出尾随的过程中,轿车的气动阻力系数随两车间距离的减小先降低,当两车间距达到2倍的轿车车长时,气动阻力系数达到最小,随着间距的进一步减小气动阻力系数增大;而轿车的气动升力系数在车距小于2倍轿车车长时随车距的减小而增大,当两车间距为轿车车长时气动升力系数达到单独一辆车行驶时的2倍.通过计算可以得出在气动阻力系数最小时轿车省油13.7%的结论.     

轮拱罩充满率对整车气动特性的影响

针对某种小型轿车,基于计算流体力学(CFD)方法研究了不同轮拱罩充满率时旋转车轮对整车气动特性的影响,并与现有理想模型的试验结果对比.结果表明:在其他参数不变的情况下,随着轮拱罩充满率的下降,整车阻力系数上升,升力系数下降,当充满率下降27%时,阻力系数上升接近20%,升力系数下降接近30%.阻力上升主要是由于轮拱罩中的气流量增加,并且受轮拱罩结构的影响,内部流动分离加剧,导致尾流区的涡量均上升,车辆背压下降;升力下降主要是因为下车身气流速度加快,导致下车身压力减小.     

基于LBM方法的运煤卡车气动阻力研究

针对煤炭物流业的运输特点,利用基于格子玻尔兹曼方法(LBM)的空气动力学软件XFlow进行运煤卡车的气动阻力研究。首先,建立了1∶10比例的3轴运煤卡车模型,根据车辆模型尺寸确定了虚拟风洞尺寸;然后,通过格子无关性试验确定了车辆模型的空气动力学参数与车辆模型的空气阻力系数;最后,根据模型表面速度场与湍流强度的分布情况,分析了货厢密闭性与各部件对整车气动特性的影响。仿真结果显示:车辆模型的气动阻力系数为0.724;空载工况下,货厢裸露会增加整车7.5%的空气阻力。     

一种厢式货车被动减阻技术研究

针对货车气动阻力较高问题,研究了尾部上翘角对货车减阻效果的影响.货车采用简化的Ahmed模型,运用SSTk-ω湍流模型进行CFD模拟,针对不同尾部上翘角对货车外流场的影响因素进行了研究,包括气动阻力系数、表面压力系数及尾部涡结构等.研究结果表明,通过采用尾部上翘角能够减小货车尾部分离区强度,从而降低阻力.尾部上翘角在10°时阻力系数达到最小,减小阻力系数约6%.     

会车瞬态气动特性分析与研究

以某轿车实车为研究对象,应用滑移交界面和动网格技术对该轿车会车过程中的瞬态外流场进行了数值模拟,得到了会车过程中该轿车的阻力系数和侧力系数的瞬态变化趋势,结合流场剖面上的压力场和速度场,分析了这种变化趋势的原因,总结了会车过程中汽车瞬态气动特性.研究结果表明:在会车过程中两车周围的流场相互影响,车身受到的气动力在极短的时间内发生剧烈变化.当轿车与轿车会车时,轿车的气动阻力系数呈负正弦,侧力经历两个波峰和一个波谷.二者的变化不同步.当轿车与卡车会车时,轿车的阻力系数、侧力系数的变化趋势更复杂、更剧烈.     

车轮宽度对轿车风阻的影响

针对某三厢轿车,采用计算流体动力学(CFD)数值计算方法,研究车轮宽度对整车气动性能的影响.通过综合分析不同宽度孤立车轮周围的流场结构变化及具有不同宽度车轮的整车周围流场的结构特性,得到结论:车轮宽度每减小5%,单车轮模型气动阻力约减小9.2%,整车模型气动阻力约减小2%.这是因为减小车轮宽度可以减小车轮两侧的气流分离,缩小尾部涡流区域,降低车轮及汽车尾部湍流强度,从而有助于降低车轮及整车气动阻力.     

湿式共振栅阻力特性的实验研究

为研究湿式共振栅阻力特性,根据桩柱群绕流理论,建立了不同规格尺寸的共振栅的平均阻力系数的计算模型.在自制实验平台上对共振栅的阻力特性进行了实验.通过理论与实验相结合的方法,获得了用于分析不同类型共振栅阻力系数的计算模型.结果表明:随着风速的增加,有、无喷雾时共振栅的阻力系数的理论与实验数值均下降.当速度为4～7 m/s时,下降趋势不明显,基本趋于稳定;当速度大于7 m/s时,理论值高于实验值20％.该研究验证了计算模型的有效性.     

近地鱼形钝体气动阻力特性研究

采用数值模拟与风洞试验两种方法,研究以粒突箱鲀为仿生原型的近地鱼形钝体气动阻力特性.结果表明,近地鱼形钝体确为气动低阻形体,其尾部大收缩角的形态特征及尾迹区相对简单的流场结构共同决定了该形体的气动低阻特性;从气动阻力系数、表面压力系数及尾迹区流场结构三方面对比分析,SST湍流模型的预测值与试验值较为接近.     

离鳍对方背体气动特性影响的数值模拟和试验

对基于Fiat New Panda的方背体车身,首先对不同高度和长度离鳍下的整车气动特性进行研究,采用模型风洞试验测量了不同工况下的阻力系数和升力系数,同时采用Star CCM+中k-ε湍流模型进行数值仿真.研究结果表明,离鳍高度覆盖整个C柱时,可以有效地降低方背体车身的阻力系数和升力系数;离鳍使流经C柱两侧的气流分离延迟,降低尾流区的湍流强度,降低能量耗散;方背体尾流区得到更多的压力恢复,降低了前后压力差,进而降低车身阻力系数.然后采用验证过的计算方法对不同形状的离鳍进行了数值仿真,发现不同形状的离鳍均可使方背体汽车的气动性能有所提升.但不规则形状离鳍对于汽车尾部气流造成了一定影响,使得其性能表现不如普通矩形的离鳍.     

基于中国气象风速数据的汽车风平均阻力系数

空气动力学阻力是汽车行驶阻力的重要组成部分，也是汽车能耗的重要来源。汽车在真实道路环境中行驶受到道路自然风的影响，为了准确计算和评价汽车在真实道路环境中行驶的气动阻力特性以及能源消耗，提出了循环工况风平均阻力系数计算方法。首先，通过分析气象数据获取近地区域自然风的分布特征，进而分析不同地形条件下汽车的偏航角概率分布特征，通过数值计算的方法分析汽车气动阻力系数随车速和偏航角的变化规律，并基于偏航角的概率分布特征计算获得了给定车速的风平均阻力系数，最后，提出循环工况风平均阻力系数的计算方法，并分析了不同地形条件和速度区间对汽车气动阻力的贡献量。结果表明，对于本文研究的车型，循环工况风平均阻力系数高于零偏航工况的阻力系数9.2%和7.3%，城市工况对气动阻力系数的贡献量小于5%，40 km/h及以上车速区间均对气动阻力系数有较大的贡献量。     

轿车开窗行驶时的气动阻力分析

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟方法,研究了轿车行驶时不同开窗情况下整车的气动阻力.根据轿车不同的车窗开窗情况,将汽车开窗行驶分成9种情况进行数值模拟,获得了整车的气动阻力系数以及室内流场分布情况.通过流场的显示分析推测气动阻力增加的原因,评价了不同开窗情况下汽车驾驶室内的通风效果.根据汽车理论,分析了开窗行驶对汽车燃油消耗的影响,给出了汽车开窗行驶的建议.研究结果表明:低速(低于90 km/h)行驶时,开窗行驶增加的燃油消耗低于开空调增加的燃油消耗;汽车低速行驶开窗能够对驾驶室进行很好的通风降温,不会大幅提高燃油消耗.车速高于90 km/h时,汽车气动阻力明显增大,功率消耗也快速增加,高速行驶打开车窗,室内的噪声会突然增大.     

挡风墙尾流作用下导线表面粗糙度对接触网正馈线气动特性的影响

大风经过兰新高铁沿线挡风墙后,容易引发接触网正馈线发生舞动现象。为分析挡风墙尾流作用下导线表面粗糙度对正馈线气动特性的影响,基于流体力学建立铁路挡风墙尾流风洞实验装置与5种不同表面粗糙度导线模型。由于导线与整体计算域尺寸差距悬殊,对整体计算域的网格采用分块划分。利用流体仿真软件研究不同风速下正馈线的气动特性。结果表明：正馈线表面粗糙度越低,升、阻力增大越明显。在入口风速为1 m/s时,不同表面粗糙度正馈线升、阻力系数基本值保持稳定;在入口风速大于5 m/s时,随着表面粗糙度降低,正馈线升、阻力系数增大;不同表面粗糙度的正馈线尾部流场产生的漩涡不同,并且在导线凹凸处产生不同的细小漩涡。正馈线近壁面的气体流动特征发生较大变化,对导线气动特性影响较为明显。     

基于计算流体力学的空中回收锥套气动特性分析

无人机空中回收是指当无人机完成飞行任务后,载机在空中对其回收的技术。当前回收的方法是载机舱门打开,伸出一套绳索-锥套系统,无人机头部安装捕获杆,插入锥套并锁紧,绳索将锥套和无人机一起拖回舱内。若要完成自主控制的空中回收,要准确掌握空中回收锥套的气动特性。基于计算流体力学(CFD)研究了国外某型锥套的气动特性,并与风洞实验值进行比较,误差在合适范围内。通过CATIA改变锥套支柱的数量、展开角,构建了锥套的子模型以及改变来流空速、迎角等条件,用CFD计算的方法分别计算了不同状态下锥套的气动阻力,通过分析比较可以得出结论:稳定伞是锥套阻力的主要来源。锥套支柱数量越多,阻力系数越小,来流迎角增加,锥套阻力系数减小,锥套支柱展开角增加,锥套阻力系数增加。而空速对阻力系数几乎没有影响。该方法计算了不同影响因素变化时的锥套阻力系数,为工程中分析锥套阻力特性提供了重要依据。     

合成射流激励频率对车辆气动阻力的影响

利用大涡模拟方法,研究了激励频率对三维地面车辆气动阻力的影响规律及其控制机理.流动分析结果表明:合成射流布置在车辆顶部和斜背交界处,在不同激励频率下实现车辆减阻,当频率低于90 Hz时,增大频率,阻力增大;频率高于90 Hz,随着频率的增大,阻力减小;频率达到1 500Hz时,阻力不再减小.斜背附着距离和雷诺应力分布的差异解释了气动力随不同激励频率变化的原因.不同激励频率下的频谱分析表明:合成射流控制了斜背动态附着现象,导致速度、压力和阻力系数频谱峰值皆对应激励频率.     

翼型摆角对气动性能的影响分析

基于NREL S809翼型,研究尾翼摆角对于翼型气动性能的影响.通过对比升阻力系数的模拟值与实验值,排除了网格质量对翼型气动性能的影响,验证了利用S-A(Spalart-Allmaras)湍流模型对风力机翼型进行计算的有效性,确定了合理的模拟方案,分析了翼型的气动性能.在此基础上,将S809翼型进行了尾缘变形,生成S809上摆-5°、下摆5°、10°及15°这4种变形翼型.再利用CFD(computational fluid dynamics)软件对它们进行数值计算,分析了各个翼型升阻力系数及流场特性.研究表明,随着尾缘下摆角度的增加,变形翼型上下表面压差逐渐增大,下摆翼型在升阻力特性方面有较大改善.但随着翼型下摆角度的增大,翼型产生分离涡的攻角却随之减小,更易失速.而上摆翼型升阻力特性及失速特性均不如原始翼型.     

车身非光滑表面组合布置对气动特性影响分析

为了研究非光滑表面尺寸及组合布置位置对汽车气动性能的影响.以MIRA阶梯背模型为研究对象,采用CFD与风洞试验相结合的方法对3种不同位置组合模型的气动性能进行了研究,并与光滑表面模型进行对比分析,探讨其减阻机理.结果表明,行李舱盖,车身尾部和车身底部组合布置非光滑单元体减阻效果最佳,减阻率为5.90%.非光滑表面通过改善汽车的尾部涡流,降低了模型压差阻力;同时通过改变近壁面气流的流动状态,降低了车身表面的气流速度,减小车身的摩擦阻力.     

高超声速火箭橇气动特性优化与风洞试验

为研究如何在不额外增加稳定装置的基础上提高超声速条件下火箭橇的在轨运行稳定性,基于数值分析方法开展了高超声速火箭橇气动特性优化设计,并通过风洞试验对优化后的橇体进行了不同工况下的气动特性研究。建立了基于SST湍流模型、N-S控制方程的火箭橇气动特性数值分析方法,通过经典双椭球模型对计算方法的准确性进行验证。基于气动特性数值分析方法开展橇体气动外形设计,对整流板俯仰角、侧偏角以及前、后滑靴的位置进行优化。通过风洞试验对优化后的橇体进行不同工况下的气动特性研究,分析马赫数、雷诺数以及轨道和地面效应的影响。研究结果表明：火箭橇高超声速气动特性数值分析方法的精度约为86.94%,可以用来模拟火箭橇在高超声速流场中的气动特性;在Ma=5时,优化后的模型相较于优化前的模型,气动阻力减小了约23.57%,气动升力减小了约38.49%;随着马赫数的增加,橇体阻力系数呈下降趋势,当Ma从4增加到6,橇体的阻力系数下降约19.98%;橇体升力系数与俯仰力矩系数均随着雷诺数的增大而增加,Ma=5,当雷诺数从1.80×10⁷变化到3.60×10⁷时,橇体的阻力系数与...     

轿车大客车会车时的气动特性

应用计算流体力学数值模拟方法,采用滑动交界面和动网格技术,对开阔路面下轿车大客车会车过程的瞬态流动进行气动特性研究.车辆模型采用MIRA典型阶背式轿车全尺寸模型和进行过风洞试验的国产JT6120型大客车简化模型.通过对会车过程流场的分析和对模拟结果的统计处理,获知了轿车大客车会车前后气动力系数变化趋势以及产生该变化的原因,得到了轿车大客车会车过程中定量的气动力变化规律.结果表明:轿车大客车会车过程气动力系数有很大变化,其中轿车的更大一些;两车气动力系数随时间的变化趋势有差异;会车状态的空气动力学作用对汽车操纵稳定性有重要影响.     

超低地球轨道卫星大气阻力预测与影响因素分析

为了对超低地球轨道卫星的大气阻力进行有效预测和分析,该文基于自由分子流试验粒子Monte Carlo方法,通过嵌入多种国际主流大气模型,开发了一套低地球轨道任意复杂外形航天器气动特性预测的通用三维并行软件,并以GOCE卫星为研究对象,计算并分析了该卫星的大气阻力特性,研究了大气模型参数、飞行高度、轨道纬度和经度等因素对大气阻力的影响规律。结果表明:随着高度的增加,阻力急剧减小,阻力系数却单调增大,卫星阻力的预测对大气模型的敏感性增强;轨道纬度和经度变化的影响主要体现在通过影响来流大气参数而间接影响阻力系数和卫星阻力,大气温度和组分影响阻力系数,而阻力系数和来流大气密度共同决定卫星阻力;随着轨道纬度和经度的变化,卫星阻力和阻力系数均呈现非单调的波动性变化。研究表明:JB2008和DTM-2013大气模型表现相近,而USSA-1976、 Jacchia-1977和NRLMSISE-00大气模型计算出的阻力都较前两者偏高。