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汽车车身设计及其外围流场的数值模拟

苏文慧  
【摘要】:近年来,我国经济持续增长,人民收入稳步提高,轿车正在逐步走入普通人的家庭。随着我国加入WTO,家庭拥有轿车将越来越普及。面对家庭轿车如此广阔的发展前景以及来至国际汽车市场的压力,提高我国轿车设计水平和自主开发能力已成为当务之急。另外,由于汽车空气动力学与汽车节能、安全和排放密切相关,并对汽车动力性、经济性和操稳性有直接的影响,因此汽车设计与汽车空气动力性也密不可分。面对这种形势,本文针对轿车车身设计、轿车外围流场数值模拟两方面做了一定的研究,以期在车身建模的快速开发中能打下良好基础。 本文首先从车身造型设计的概念、分类、方法及未来车身开发的方向进行阐述。并对传统的车身设计方法和现代车身设计方法进行了比较说明。对现代汽车设计中已普遍使用的CAD技术发展进行了详细介绍,并对造型设计中,如何选用合适的CAD软件进行了初步探讨。然后,论文针对所选用的CAD软件UG对轿车车身三维造型的步骤和方法进行了论述,总结出了一些基本原则,并最终完成了轿车的三维实体造型。 其次,随着计算机技术的进步和湍流理论的深入研究和应用,计算流体力学作为一门新兴的学科在汽车流场分析中逐渐取代了风洞试验,成为研究汽车空气动力学问题的重要手段。作者初次涉及计算流体力学,从计算流体力学的发展及其应用等方面进行了阐述,并论述了计算流体力学中特别重要的步骤——计算网格的生成过程和数值计算方法的选用,并重点对最终的数值模拟结果进行了细致分析。 论文是通过ANSYS ICEM-CFD的网格生成模块对所建的汽车模型进行六面体非结构网格的划分,导入计算流体力学软件STAR-CD对汽车模型的外围流场进行了数值模拟,得到了与实际情况非常相符的计算结果。最后得出肯定的结论,汽车空气动力特性的数值模拟可以辅助汽车设计师,在设计初步完成之后,对其进行流场的数值模拟,对设计提出改进意见,争取达到美学与空气动力性完美结合的程度。


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