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商用車駕駛室造型設(shè)計(jì)論文范文

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商用車駕駛室造型設(shè)計(jì)論文

1原始導(dǎo)流罩方案分析

1.1計(jì)算域計(jì)算域入口距車前端4倍車長,出口距車廂后端8倍車長,計(jì)算域兩側(cè)側(cè)壁距模型側(cè)面均為4倍車寬,頂部距車廂頂部5倍車高[8],如圖2所示。

1.2網(wǎng)格劃分商用車模型特征較復(fù)雜,計(jì)算域較大,為較好地控制網(wǎng)格數(shù)量與質(zhì)量,在STAR-CCM+中,首先對商用車模型進(jìn)行包面處理,然后對商用車模型和計(jì)算域分別進(jìn)行重新構(gòu)面以優(yōu)化表面網(wǎng)格質(zhì)量,保留了幾乎所有原車特征,圖3~圖5所示為幾處特征的面網(wǎng)格。最后將商用車模型和計(jì)算域組合在一起,劃分體網(wǎng)格。本文中采用STAR-CCM+自身特有的切割體網(wǎng)格+三棱柱網(wǎng)格的混合網(wǎng)格方案,為兼顧網(wǎng)格質(zhì)量與數(shù)量,并且考慮到模擬計(jì)算的精確性,對駕駛室、尾流、車身周圍、車底、遮陽板、后視鏡尾流和格柵附近區(qū)域等關(guān)鍵部位進(jìn)行了體網(wǎng)格加密,如圖6所示。同時(shí)僅在大表面處生成邊界層網(wǎng)格。最終生成的體網(wǎng)格為11673452~12107931單元,如圖7所示。

1.3數(shù)值計(jì)算假設(shè)空氣為不可壓縮流體,對商用車進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,湍流模型選擇K-Omega模型,計(jì)算域入口為速度入口,u=30m/s;出口為壓力出口,相對壓強(qiáng)p=0;地面、計(jì)算域壁面均為滑移壁面,商用車模型邊界為壁面。湍流強(qiáng)度和黏度保持軟件默認(rèn)值。一共迭代計(jì)算1500步,監(jiān)測氣動阻力系數(shù)CD值曲線。

1.4結(jié)果分析式中:D為空氣阻力;A為整車正投影面積;v為車輛速度;ρ為空氣密度。本文中一共設(shè)置5個(gè)分析方案———未加導(dǎo)流罩的整車(方案0,設(shè)為參考方案)和加裝4款導(dǎo)流罩后的整車。最終由數(shù)值計(jì)算得到各方案的CD值。以未加導(dǎo)流罩的整車CD值為基準(zhǔn),表1列出各方案的相對CD值。結(jié)果表明,方案1和2導(dǎo)流罩有減阻效果,方案3和4導(dǎo)流罩卻使氣動阻力系數(shù)增加。方案2導(dǎo)流罩的減阻效果最好,方案4導(dǎo)流罩的減阻效果最差。

商用車行駛時(shí),氣流首先沖擊駕駛室迎風(fēng)面,然后氣流分別向上、向下和向兩側(cè)流動。向上流向駕駛室頂部直到貨廂頂部,向下流經(jīng)底盤,向兩側(cè)的氣流流經(jīng)車輛側(cè)壁。駕駛室導(dǎo)流罩的作用就是對向上流動的那部分氣流進(jìn)行引導(dǎo),使其沿導(dǎo)流罩曲面平順過渡到貨廂頂部,盡可能地在貨廂頂部附穩(wěn)流動,同時(shí)減少氣流對高出于駕駛室那部分貨廂迎風(fēng)面的沖擊區(qū)域;而導(dǎo)流罩的側(cè)壁則引導(dǎo)氣流平順過渡到貨廂側(cè)壁,在貨廂側(cè)壁附穩(wěn)流動。未加裝導(dǎo)流罩時(shí),向上的氣流會直接撞擊在貨廂迎風(fēng)面的上沿區(qū)域,形成高壓阻滯區(qū)。因此要減小氣動阻力就得使這部分高壓阻滯區(qū)盡可能的小。方案2相對于其他3個(gè)方案,其導(dǎo)流罩的高度和寬度均為最大,與貨廂上沿高度相差不大,氣流流過其上表面時(shí)能較平順地過渡到貨廂頂部;但是由于其側(cè)壁曲線曲率未能與貨廂側(cè)壁之間形成相切過渡,因此仍有部分氣流直接沖擊貨廂迎風(fēng)面,形成阻滯區(qū)域。方案1中導(dǎo)流罩雖然與方案2高度相同,但上半部分更為狹窄,氣流經(jīng)導(dǎo)流罩側(cè)壁引導(dǎo)有很大部分氣流直接沖擊貨廂迎風(fēng)面,形成較大阻滯區(qū)域,其減阻效果不如方案2。方案3和4,其導(dǎo)流罩高度明顯低于貨廂上沿,氣流經(jīng)過其引導(dǎo)之后,相比于無導(dǎo)流罩工況,反而有部分氣流往下流動,直接沖擊貨廂迎風(fēng)面,使高壓阻滯區(qū)域更大,而且部分氣流回流,在導(dǎo)流罩內(nèi)和貨廂頂部形成渦流,更增加了氣動阻力。圖8為貨廂迎風(fēng)面壓力云圖,圖9為方案3和4的流線圖。

2新導(dǎo)流罩方案設(shè)計(jì)與分析

2.1新導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)前4款導(dǎo)流罩主要考慮了與貨廂高度的匹配。對其進(jìn)行數(shù)值模擬分析之后,總結(jié)駕駛室上方流場特性,并兼顧導(dǎo)流罩側(cè)壁與貨廂側(cè)壁的過渡,重新設(shè)計(jì)一款更加符合流場特性的導(dǎo)流罩。為減少氣流對貨廂高出駕駛室部分迎風(fēng)面的沖擊,導(dǎo)流罩最好能引導(dǎo)氣流直接過渡到貨廂頂部和兩側(cè)。因此重新設(shè)計(jì)導(dǎo)流罩時(shí),使導(dǎo)流罩上表面的曲面能與貨廂頂部平面形成相切過渡,導(dǎo)流罩側(cè)壁與貨廂側(cè)壁內(nèi)切圓也要相切過渡。圖10為新設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩方案。圖11為導(dǎo)流罩與貨廂表面相切過渡示意圖。

2.2新導(dǎo)流罩CFD分析對新設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩進(jìn)行數(shù)值模擬分析。與之前對4款導(dǎo)流罩方案進(jìn)行分析的方法一樣,最終得出其氣動阻力系數(shù)值,并對其流場進(jìn)行分析。表2為方案2和新方案相對原車CD值的對比。由表2可以明顯看到,新設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩方案在原先減阻效果最好的方案2的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明顯改善,相比于未加裝導(dǎo)流罩時(shí)氣動阻力系數(shù)有17.6%的降低,非常可觀。相比方案2,由于新的導(dǎo)流罩設(shè)計(jì)時(shí)考慮了與貨廂上表面和兩側(cè)表面相切過渡,使貨廂迎風(fēng)面的高壓阻滯區(qū)域進(jìn)一步減小,如圖12所示;氣流過渡到貨廂上表面和兩側(cè)壁面時(shí)沒有阻礙,更加平順,減少了貨廂頂部湍流區(qū)域,改善了頂部湍流分布,靠近側(cè)壁的高壓阻滯區(qū)域也幾乎消失,圖13為中央對稱面流線對比,圖14為中央對稱面湍流動能對比。

3結(jié)論

為某商用車設(shè)計(jì)與之匹配的導(dǎo)流罩。首先對比最初設(shè)計(jì)的4款導(dǎo)流罩方案,進(jìn)行空氣動力學(xué)數(shù)值模擬分析,找出其減阻效果最好的方案,并且總結(jié)各方案的流場特性,分析設(shè)計(jì)導(dǎo)流罩時(shí)應(yīng)該遵循的原則和規(guī)律。然后在對4款方案分析總結(jié)的基礎(chǔ)上,按照總結(jié)的設(shè)計(jì)原則與規(guī)律重新設(shè)計(jì)了一款導(dǎo)罩,新設(shè)計(jì)的導(dǎo)流罩上表面和側(cè)表面與貨廂上部及側(cè)壁形成相切過渡。對新設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬分析,新設(shè)計(jì)的方案相比于無導(dǎo)流罩方案CD值降低17.6%,比原設(shè)計(jì)中方案2又降低10%。

作者:張英朝丁偉陳濤張志遠(yuǎn)邵書鑫單位:吉林大學(xué)汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室一汽解放有限公司

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