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厢式货车空气动力学特性的研究

杜广生  
【摘要】: 以理论分析、试验研究和数值模拟的方法研究了厢式货车外部气流流动特性及其对气动阻力特性的影响;给出了厢式货车外部流场丰富的流动信息和对厢式货车气动造型有指导意义的数据。 厢式货车是一形状不规则的钝头物体,利用1米量级的小型航空风洞进行空气动力性能试验,在试验技术上有许多需要事前解决的问题。本文首先对这些技术问题进行了研究,研究表明,厢式货车模型风洞试验相似准则数—雷诺数不必达到实车实际运行时的数值,在试验曲线上进入自准区即可,进入自准区的临界雷诺数(以车宽为特征长度)Re=0.5×10~6。厢式货车由于有比较大的底部离地间隙,在风洞中模拟地面效应时,不必考虑地板边界层的影响。适当延长地板,可提高气动阻力系数的测量精度。开口风洞中的汽车模型试验堵塞比可以适当放宽到13.2%。本文通过试验研究,提出了厢式货车模型临界长度的概念,在一定比例下,若模型的实有长度大于临界长度,则模型可按临界长度设计,这样可以较容易的满足小型风洞的试验技术条件,试验研究表明,1:10厢式货车模型的临界长度为1.4米。 通过数值模拟和试验研究表明,气流在绕流汽车表面时,在汽车头部存在压强较大的正压区,该区是对汽车压差阻力贡献较大的区域。分流到汽车顶部的气流,在驾驶室前上缘分离,在驾驶室顶部形成漩涡区,这一旋涡区内的漩涡和厢体迎风面上的正压区相互影响,从而影响到厢体高度、驾驶室和厢体之间的间隙变化时的气动阻力特性,使气动阻力系数在间隙和厢体高度变化时呈现出比较复杂的变化关系。一定的间隙下有一最佳厢体高度,一定厢体高度之下有一最佳间隙。厢式货车后部是一突然截尾式的形状,尾涡涡系复杂,呈现较强的负压,该区也是对汽车压差阻力贡献较大的区域。 研究表明,在厢式货车上安装导流罩,可以大幅度的降低气动阻力、节省燃料消耗。安装导流罩使得气动阻力系数曲线上的临界雷诺数增大;设置薄壁式的导流罩底边和驾驶室顶面之间的间隙,可以增强导流罩的减阻效果。在厢式货车尾部安装涡流稳定器,可以降低尾涡区内气流能量的消耗,使静压回升,压差阻力减小。 本研究首次对平头厢式货车外部流场进行了三维数值模拟计算,模拟采用可以提高分离流计算精度的RNG k-ε紊流模型,计算结果表明其计算精度较标准k-ε紊流模型有显著的提高。 本文提出了动量法计算汽车气动阻力的数学模型,该模型克服了此前的方法中忽略诱导阻力的缺点,显著的提高了计算精度。


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