全塑车身数字风洞理论研究
新能源汽车是近几年新兴的汽车产业分支，世界上所有的汽车生产商都已经开始重视新能源汽车开发方面的投入。因其环保性、经济性，新能源汽车受到了各国地区政府支持，虽然历史不长，但新能源汽车已经逐渐发展为了汽车发展一个重要方向。同时，汽车轻量化也是世界公认的汽车发展潮流，全塑车身新能源汽车就是将两者有机结合，目的是生产出亲和中小城市市民，安全环保的新时代汽车，因此，如何使全塑车身新能源汽车在满足国家标准要求的前提下进一步追求更高的性能，对于现有技术是一个新的挑战。 本文以全塑车身新能源汽车项目为出发点，以数值模拟为主要手段，结合塑料车身的特殊性，探究适用于塑料车身的特殊的优化汽车气动特性方式，并结合现有优化手段，使现有车身模型得到最优气动特性，为实际加工提供理论依据。 本论文开展如下几个方面的工作: 1.仿生表面排布减阻研究。基于滚塑成型工艺利于生产曲面造型复杂产品的优势，以数值模拟为主要手段，将不同排布方式和排布密度的非光滑单元布置在SAE（美国机动车工程师协会）标模顶部，探究仿生表面排布对湍流动能、压力分布等指标的影响，并分析原因。计算结果表明:相比其他排布形式，矩形排布形式凹坑对模型造成的减阻影响最大，且凹坑密度越大，减阻率越高，文中得到最高减阻为4.1％; 2.车身表面粗糙度对气动性能的影响。通过数值模拟分析，探究不同粗糙度对同一外形车身气动特性的影响，对比各模型外流场各性能指标，并分析造成差异原因。计算结果表明:车身表面粗糙度的增大不会对气动阻力造成影响，但可以明显降低气动升力，文中获得对气动升力最大降幅为29.47％; 3.非充气轮胎对气动性能的影响。针对塑料车身质量较轻的特点，为进一步降低整车质量，对全塑汽车选用非充气塑料轮胎。以数值模拟为手段，以3个安装了普通轮胎、蜂窝非充气轮胎、辐板非充气轮胎的SAE标模为模型，比较不同模型间流场性质的差异，并分析造成差异的原因。计算结果表明:气动阻力基本不受塑料轮胎特殊的外形的影响，但是塑料轮胎能够大大降低气动升力，文中获得气动升力最大降幅为13.27％; 4.车身外形优化计算及实验对比。利用数值模拟对设计模型进行空气动力学计算，对其进行气动特性评估，并根据流场特性，针对特殊细节进行优化，具体为扰流板及底盘尾部结构，将优化后模型进行数值模拟计算，将两种模型结果进行对比，重点对比尾流质量，根据数值模拟对比结果表明模型经过优化后，尾流部分湍流动能减小，动能耗散减小，且尾流负压区最大负压值减小，前后压差得到缓解，气动阻力减小。制作模型风洞，并运用Fluent验证其流场性质，保证其实用性，运用3D打印车身模型作为测量对象，分别以30km/h，40km/h，50km/h三种速度情况下对优化前模型优化后模型进行受力测试，经过测试验证经过优化后的车身模型气动阻力更小，可以认为本文的优化手段对气动特性的改善有积极效果。
全塑车身;数值模拟;气动特性;细节优化;数字风洞
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
丁玉梅
2015
中文
U463.82
85
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）