轎車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬 (碩士學(xué)位論文)

本論文以某轎車為例，車身數(shù)據(jù)取自實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用目前通用的CAD軟件UG，構(gòu)建本轎車的1：5模型，構(gòu)件幾何模型，導(dǎo)入STAR-CD前處理器時(shí)生成轎車表面網(wǎng)格，利用網(wǎng)格自動(dòng)生成和人工干預(yù)的方法劃分計(jì)算網(wǎng)格。然后進(jìn)行求解域的設(shè)定，求解單元的選擇，控制參數(shù)的設(shè)定，求解方法和數(shù)學(xué)模型的選擇，以及邊界條件的確定等。接著在STAR-CD中進(jìn)行數(shù)值模擬，進(jìn)行空氣阻力系數(shù)與試驗(yàn)值的對(duì)比，確定了外流場(chǎng)改進(jìn)方案：對(duì)計(jì)算域的網(wǎng)格進(jìn)行局部細(xì)化，利用移動(dòng)地板條件進(jìn)行地面效應(yīng)模擬。再次進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，輸出了該轎車的三維速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、能量耗散及湍能，利用尾流積分法求阻力，探討了轎車的外流場(chǎng)和尾流場(chǎng)的速度、壓力特性，研究了其尾流結(jié)構(gòu)和湍流特性，這項(xiàng)工作對(duì)于預(yù)測(cè)和改進(jìn)汽車的氣動(dòng)性能和指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有重要意義。

第一章 緒 論.........................................................................................1
1．1 空氣動(dòng)力學(xué)概述......................................................................................1
1．1．1 空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀.............................................................1
1．1．2 空氣動(dòng)力學(xué)的重要意義.............................................................1
1．2 計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀......................................................................3
1．2．1 計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展.................................................................3
1．2．2 汽車流場(chǎng)數(shù)值模擬的發(fā)展.........................................................4
1．3 論文思路和所做的工作..........................................................................4
1．3．1 本文的研究方案.........................................................................4
1．3．2 本文研究的內(nèi)容和意義.............................................................5
第二章 轎車外流場(chǎng)數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)..........................................7
2．1 數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論..................................................................................7
2．2 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)理論..........................................................................8
2．3 數(shù)值仿真的主要方法............................................................................10
2．3．1 NS方程組的近似.....................................................................10
2．3．2 統(tǒng)一線性方法——面元法.......................................................11
2．3．3 非線性方法...............................................................................14
2．3．4 區(qū)分法.......................................................................................15
2．4 轎車外流場(chǎng)的控制方程........................................................................15
第三章 轎車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬........................................................18
3．1 STAR-CD簡(jiǎn)介.......................................................................................18
3．1．1 STAR-CD概述..........................................................................18
3．1．2 STAR-CD的主要特性..............................................................19
3．1．3 STAR-CD的組成......................................................................19
3．2 轎車模型的建立和網(wǎng)格劃分................................................................2

3．2．1 轎車模型的生成.......................................................................21
3．2．2 空間網(wǎng)格區(qū)域的劃分和網(wǎng)格的形成.......................................22
3．2．3 汽車三維數(shù)值模擬的網(wǎng)格的拼接及完成...............................23
3．3 轎車外流場(chǎng)的邊界條件及方程離散....................................................25
3．3．1 湍流模型...................................................................................25
3．3．2 邊界條件的確定.......................................................................25
3．3．3 控制方程的離散.......................................................................27
3．4 轎車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果................................................................29
3．4．1 轎車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果...................................................29
3．4．2 計(jì)算值與試驗(yàn)值的對(duì)比...........................................................32
3．5 網(wǎng)格細(xì)化后的數(shù)值模擬結(jié)果................................................................33
3．5．1 計(jì)算網(wǎng)格加密...........................................................................33
3．5．2 邊界條件的改進(jìn).......................................................................34
3．5．3 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比...................................................36
3．6 尾流積分法求阻力................................................................................37
3．6．1 試驗(yàn)法尾流積分法求阻力.......................................................37
3．6．2 有限體積法數(shù)值積分仿真.......................................................39
3．6．3 計(jì)算結(jié)果分析...........................................................................43
第四章 轎車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果分析........................................45
4．1 轎車流場(chǎng)的組成....................................................................................45
4．1．1 轎車的內(nèi)流場(chǎng)...........................................................................45
4．1．2 轎車的外流場(chǎng)...........................................................................46
4．2 轎車外流場(chǎng)分析....................................................................................47
4．2．1 轎車外流場(chǎng)壓力分析...............................................................48
4．2．2 轎車外流場(chǎng)速度分析...............................................................49
4．3 轎車尾流場(chǎng)分析....................................................................................53
4．3．1 尾流場(chǎng)的速度分析...................................................................54

4．3．2 尾流場(chǎng)的壓力分析...................................................................58
4．3．3 尾流場(chǎng)的湍流特性...................................................................60
4．3．4 尾流場(chǎng)的控制...........................................................................64
第五章全文總結(jié)..................................................................................65
參考文獻(xiàn)...............................................................................................67
致謝.......................................................................................................70
摘要..........................................................................................................I
ABSTRACT..........................................................................................IV