汽車外流場分析研究畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 作用是提供下壓力，同時盡可能地減少下壓力所帶來的氣動阻力。前文中已經提到，尾翼的布置位置越高，它所受到的車身干擾氣流越少，能更好得發揮提供下壓力的作用，但考慮安全因素尾翼又不宜布置過高。所以尾翼設計采用兩片式設計。底層翼主要起導流作用，采用較小攻角使氣流與翼面不發生分離；兩翼片之間采用合適的縫隙，使氣流得到加速；頂層翼離地較高，氣流質量高且流速快，能產生較大的下壓力。 尾翼示意圖尾翼的攻角設計同樣有兩種方案，方案一底層翼攻角10176。，頂層翼攻角19176。；方案二底層翼攻角12176。，頂層翼攻角21176。對兩方案前翼分別進行CFD數值模擬分析后擇優取之。升力 （N）阻力 （N）方案一方案二 兩方案尾翼氣動力對比。由于方案二攻角較大，所以其提供的升力較大，同時阻力也相應更大。在F1賽車上，前后定風翼的下壓力分別占總下壓力的25%和33%，由于前翼已經選擇了導流效果更好的方案一，根據比例，方案二尾翼較為接近最佳下壓力的值。，兩個方案的尾翼高壓區均在頂層翼上面，而低壓區均在底層翼下面；，；，；方案一高壓區影響的空氣范圍較大，而方案二低壓區影響范圍較大，這說明，方案一對上方空氣流速的減緩作用較強，方案二則更好地加快了底部空氣的流通。，方案二底層翼下方空氣流速明顯快于方案一，高速流動的空氣有助于快速整理尾流；方案一兩翼片尾部下方均出現了小范圍低速區，說明這里出現了氣體的分離，不僅會喪失部分氣動升力，還會損失能量，增大氣動阻力。綜上所述，方案二提供的下壓力更大，且能與前翼下壓力匹配，同時能更好地加速尾流，有利于空氣在賽車后部快速匯合，所以選擇方案二的尾翼設計。5 改進后賽車仿真結果分析將選好的前翼和尾翼與原始車身進行裝配后，前翼離地間隙為70mm，尾翼離地間隙為780mm。 裝配空套的賽車模型然后再用同樣的方法，用FLUENT進行整體的分析計算，得到賽車的升力和阻力數據以及壓力云圖、速度云圖、速度矢量圖等圖像用于分析賽車的氣動力、流速分布、空氣流動狀態等情況。，車身、前翼、尾翼以及整車的受力情況。，；。阻力較原車有所增加，但阻力系數在開放式賽車中仍屬于中等水平。總升力為負值，利于賽車的操縱穩定性。前翼和尾翼是下壓力的主要來源，且尾翼產生的下壓力最大，約占總下壓力的70%。總體來說，前翼和尾翼有較好的氣動特性。阻力（N）阻力系數升力（N）升力系數車身前翼尾翼總計 賽車阻力壓力數值示意圖，前翼和尾翼都是高壓區域，由于前翼的導流作用，前輪正向壓力明顯減小。前翼和尾翼都很好得發揮了作用。但是鼻錐前部，駕駛員頭盔處高壓區沒有得到緩解，前翼的導流作用使后輪高壓區增大，這些問題仍有待解決。 賽車車身壓力分布云圖、前輪和側箱處速度矢量圖。由于前翼的導流作用，從前方流入的空氣基本完全繞過了前輪，前輪對貼近車身壁面的氣流影響很小，因此這部分空氣比較順利地流入側艙，水箱的散熱效果將有所改善。但前翼和前輪之間形成了一個低壓區域，產生了渦流，減小前翼和前輪之間的距離可能會改善此問題。 前翼、前輪和側箱處速度矢量圖，前翼的速度矢量圖顯示了前翼空氣的流動狀態。翼片上側空氣流速較慢，翼片下側和兩翼片之間的流速較快，氣流在翼片底部附著良好，空氣基本未發生分離和產生渦流。因此前翼設計基本符合要求。 前翼速度矢量圖 所示，尾翼處的速度矢量圖顯示了尾翼處空氣的流動狀態。翼片上側空氣流速較慢，上下翼片之間的空氣流速最快，因而頂部翼片產生了大部分的下壓力。但是由于車身對氣流的影響，吹向尾翼的氣流并不是完全從正面吹來，所以尾翼處外流場與原來單獨分析尾翼的結果有一些區別，底部翼片的底面與氣流產生了分離現象，氣流附著性較差，產生了湍流渦。尾翼的設計完成了提供下壓力的功能，但是翼型的不合理導致渦流產生，改變尾翼翼型或者適當地提高尾翼的布置位置可能會解決該問題。 尾翼速度矢量圖 有無尾翼賽車速度云圖對比。無尾翼賽車氣流在發動機廂后部產生了明顯的分離，上下氣流不能平穩地匯合，底盤與發動機廂之間的區域產生嚴重的渦流，進而增大了壓差阻力。而有尾翼賽車的尾部氣流在尾翼的引導下迅速匯合，有效地消除了部分的氣流分離，在發動機廂后部區域的渦流有所減弱。這說明尾翼除了提供下壓力以外起到了良好的導流作用。、500mm、1000mm、1500mm、2500mm，3500mm處截面的湍動能圖。由于尾翼的整流作用，賽車后部的湍動能圖與之前的湍動能圖也有著完全不同的形態，湍流范圍大幅減小，湍流主要集中在賽車寬度以內；但車尾活躍氣流的湍動能強度與之前相當，同樣是隨著距離加大而逐漸減弱，直至趨于平穩。 賽車后部湍動能圖總的來說，裝有前翼和尾翼的賽車與未安裝前翼和尾翼的賽車相比氣動特性有所提高，其中最重要的是前翼和尾翼提供的下壓力，這極大的改善了賽車高速行駛的平穩性和轉彎穩定性。結 論本文以河北工業大學AREI賽車為原型，利用CFD軟件FLUENT對其進行初步的空氣動力學分析和外流場分析。并針對其外流場特點為其設計了包括前翼尾翼的空氣動力學套件來改善賽車的氣動性能。全文工作得到的結論如下：1） 未安裝空氣動力學套件的賽車具有氣動升力，并且會隨著車速增大而增大，從而使賽車抓地力減小，嚴重影響賽車的加速性能和操縱穩定性。2） 安裝空氣動力學套件后。這說明安裝前翼和尾翼對賽車產生的下壓效果十分明顯，極大地改善了賽車的氣動性能。3） 尾翼是產生下壓力最多的部件，約占總下壓力的70%。前翼提供的下壓力約占30%。4） 除了提供下壓力以外，合適的前翼造型能有效地減小前輪阻力和改善側艙氣流狀況，從而改善水箱的散熱。5） 除了提供下壓力以外，合適的尾翼造型能起到控制尾流的作用，減小尾流湍動能，減小渦阻。整個研究過程對賽車氣動特性的改善有一定作用，但由于作者思維的局限性和理論知識的不足，使整體設計比較簡單，只是在淺顯的理論基礎上進行一定的改進，仍有很多不足之處。希望今后能在此基礎之上有所進展，是賽車得到更加優秀的氣動性能。參考文獻[1] 黃天澤，黃金陵．汽車車身結構與設計[M] ．北京：機械工業出版社，1996： 8485[2] 鄭春雷,胡壽根,[3] 郭軍朝,，2007[4] 劉全有,趙福全,楊安志,2012[5] 江濤,，2011[6] [D].湖南大學,2005[7] [M].北京理工大學出版杜,2000,78133[8] 谷正氣，姜樂華，[J].汽車工程,2000[9] [D].湖南大學碩士論文,1999[10] 黃偉，2005[11] 林鐵平，2010[12] F1 賽車氣動特性初探[D]. 湖南大學碩士學位論文, 2007[13] ：自然科學版2007(30)162164[14] 張云,(增刊),1992[15] 胡韓飛, CFD ，2004[16] 魏中磊,董宇飛,第五界全國風工程及工業空氣動力學學術會議論文集,1998,318223[17] . Scibor Rylski. Road Vehicle Aero dynamics. Pentechpress, 1975, 12210[18] 李鈴,amp。,(4): 357361[19] [M].華中理工大學出版社,1999[20] :致 謝本論文是在河北工業大學大學機械工程學院車輛工程系武一民老師的悉心指導下完成的。武一民老師是一名十分優秀的教師，具有豐富的汽車專業知識和實踐經驗。在完成課題研究和論文寫作的過程中，武老師給予我非常寶貴的指導和幫助，在此向我的指導老師武老師表示最誠摯的謝意。在完成畢業設計的過程中，我遇到了許多難題和迷惑，很多同學給我提供了不少的意見，在此我要特別感謝我親愛的同學們。此外，我要感謝研究生學長潘克非對我在軟件方面的幫助，讓我對GAMBIT和FLUENT有了更深的理解。在畢業之際，感謝母校的培育之情，四年的大學生活我在成長了很多。最后感謝父母的養育之恩和家人對我學業的支持，謝謝你們。35