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《吉林大学》 2011年
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汽车风洞地面效应的数值仿真研究

赵婧  
【摘要】:本文以吉大风洞为研究对象,使用数值仿真的方法对汽车风洞地面效应进行了系统研究,结合相关试验数据,总结了汽车风洞地面效应对风洞试验段流场和风洞试验结果的影响,分析了地面效应模拟系统的特性及其对风洞试验段流场和风洞试验结果的影响,归纳了在使用地面效应模拟系统时不同地面效应控制设备对风洞试验段流场的作用规律。同时,在本文中作者还对实际工作中积累的汽车外流场数值模拟方面的一些相关经验进行了总结,对车身底部流场和移动带压力控制进行了初步研究。本文涉及的研究内容在国内处于起步阶段,本文的研究工作对于吉大风洞的建设和修正有很好的参考价值。 主要研究内容如下: (1)对吉大风洞试验段流场的基本特征进行了研究,着重分析了地面附近的流场分布,主要的研究重点为试验段的速度梯度、边界层厚度、流场静压力梯度和气流偏角四个方面。研究表明,吉大风洞试验段的流场品质满足相关的风洞试验标准,但是试验段地面附近存在较厚的边界层,超过了标准规定的临界值,影响试验结果的准确性,需要进行边界层控制。 (2)对单独使用移动地板时的风洞试验段流场进行了研究,总结了此工况下风洞试验段的流场特点和移动地板的作用规律。研究发现,使用移动地板可以有效降低汽车风洞地面效应对试验结果的影响,使用移动地板优化了地面附近的流场,减小了试验段地面各点的速度梯度,降低了地面边界层厚度。但是,使用移动地板进行边界层控制也有一些不足之处,它的作用范围较小,仅仅局限于地面附近很小的高度范围内,对试验段后部气流的改善效果不及对前部气流那样明显。使用移动地板还会改变风洞试验段的静压力梯度分布,但是这个现象对试验段的气流品质影响较小,通过与不使用地面效应控制装置的工况相比,此时的试验段气流变化更加均匀稳定,更接近汽车在真实环境中的状态。尽管移动地板在使用上有一些不足之处,但是它对风洞地面效应的控制是很有效果的。 (3)对单独使用抽吸装置时的风洞试验段流场进行了研究,总结了此工况下风洞试验段的流场特点和抽吸装置的作用规律。前部垂直抽吸装置在一定程度上也可降低汽车风洞地面效应对试验结果的影响,但是不及移动地板作用效果明显。它的作用范围较广,对整个风洞试验段的流场都有优化,在合适的抽吸压力范围内使用可以提升地面附近气流的速度,减小地面边界层的影响,使用抽吸装置会给风洞试验段前部的流场带来剧烈改变。使用抽吸装置在风洞试验段摆放试验车的位置产生正向的静压力梯度,作用在车身表面会增加阻力系数的值。 (4)对同时使用移动地板和抽吸装置的风洞试验段流场进行了研究,总结了此工况下的风洞试验段流场特点和地面效应模拟系统的作用规律。同时使用移动地板和抽吸装置可以获得最佳的地面效应模拟效果,此时试验段各点的边界层厚度都降至最低,并且在摆放试验车的范围内各点间的速度差在本文研究的各种工况下为最小,气流的流速更加均匀稳定。 (5)分析总结了地面效应控制系统对试验结果的影响,使用地面效应控制系统可以优化车身底部流场,测得的阻力系数值较大。使用抽吸装置时,因为正向静压力梯度的影响,随着抽吸压力值的增加,阻力系数值不断增加。当抽吸压力过大时,阻力系数值已经偏离了真实值,在合适的范围内,应该选取较小的抽吸压力,以降低其对阻力系数测量的影响。经研究发现,对于吉大风洞,在喷口速度为30m/s时,抽吸压力为-600Pa较为合适。 (6)对摆放在汽车风洞中的试验车车身底部流场和移动带带压力控制进行了初步研究。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U467

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