以汽车的车身优化为研究目的,首先分析了流体基本形式以及流体的力学基本方程,然后针对汽车车身的造型特征,筛选出6种对汽车空气动力学影响大的特征。以气动系数和升力系数为优化目标,利用流体力学软件Fluent,根据特征因素的显著性差异取其相应的最佳指标值,从而获得最佳的车身造型。通过建模的方法改进汽车车身,仿真结果显示,汽车的动力性和操纵稳定性显著提高,说明利用数值仿真模拟方法能够更加全面、准确地优化汽车车身造型,对企业产品的研发优化有重大现实意义。

针对采用声屏障时,高速列车运行过程中表面气动阻力较大的问题,提出利用减载式声屏障降低列车运行过程中受到的气动阻力.采用数值模拟方法,对采用不同孔隙率声屏障时高速列车运行过程中表面的气动阻力及其影响因素进行研究.利用Gambit软件建立了声屏障与高速列车相对运动计算模型;在声屏障孔隙率不同时,采用Fluent软件对350km/h速度行驶的高速列车表面压强分布和气动阻力进行了数值模拟与分析研究.研究结果表明:与普通声屏障相比,随着减载式声屏障孔隙率的增加,列车头车高压区和尾车低压区的面积减小,列车行驶的压差阻力降低,而摩擦阻力变化不大;减载式声屏障具有一定的节能效果,并且随着减载式声屏障孔隙率的增大,节能效果更加明显.

主动进气格栅可通过控制车辆前端进气开口面积提升燃油经济性。不同车辆行驶工况下的格栅转角和风扇转速控制是主动格栅研究中的一大难点。首先结合风洞试验与数值仿真验证了计算流体力学模拟与发动机冷却系统一维模型的精度,其次通过最优拉丁超立方抽样和神经网络拟合方法构建了主动格栅转角、冷却风扇转速、车速与阻力系数、冷却风速间的近似模型,将其输入至冷却系统模型中,根据实时的发动机冷却需求提供空气流量,并选择阻力系数最小的转角组合进行控制,最终可实现在不同环境温度下使循环工况燃油降比在0.6%~0.7%。

为了使车顶行李架的加载功能满足客户需求,需要在整车耐久试验过程中对其进行加载,验证其可靠性。文中选用两种加载装置对车顶行李架进行加载,利用ANSYS软件对两种装置在不同车速的气动阻力和气动升力进行分析;并以某SUV车型为研究对象,试验验证两种装置的可靠性和潜在失效模式。结果表明,车顶行李框更适合用于车顶行李架的耐久加载试验,为车顶行李架的加载试验提供指导。

为减小重型货车的气动阻力,以实现整车节能减排的目标,基于某平头重型货车气动减阻敏感区域,设计了10种独立的气动减阻附件,利用CFD仿真对气动附件的减阻机理和效果进行了研究。结果表明,10种气动附件皆有减阻效果,其中一种仿生学减阻附件,减阻效果明显,减阻率为15.0%,且要求的安装空间小。最后通过气动附件的优化组合,获得了一种最佳减阻方案,减阻率达27.4%。

针对185/65R14乘用车轮胎,采用流体动力学计算方法,研究轮胎外轮廓对轮胎气动阻力的影响。结果表明:轮胎外轮廓对轮胎气动阻力因数影响明显,轮胎气动阻力因数的差异最大可达14.1%;通过改进影响气流分离的轮胎外轮廓,可以减小气流尾涡以降低轮胎气动阻力。本研究结果可为低气动阻力轮胎结构设计奠定基础。

针对所研发的高速滑行艇型,采用风洞试验及数值模拟方法研究其在静水面高速航行时的气动阻力特性。其中,数值模拟方法基于雷诺平均N-S方程及Realizable k-ω湍流模型。结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果吻合得较好,误差在5%以内,精度满足工程应用要求。同时,数值及试验结果也表明,合理的气动力艉型能有效抑制滑行艇尾部的流动分离以及尾涡现象,使滑行艇气动阻力下降15%左右。

以某款MPV车型为研究对象,建立了复杂的真实整车模型,使用Fluent软件进行数值模拟。将后扰流板分为尾翼与尾翼三角板两部分,研究了其对整车气动阻力的影响。研究表明,尾翼长度小于80 mm时,加长尾翼,风阻减小;长度大于80 mm时,加长尾翼,风阻无明显变化;加大尾翼三角板,风阻明显减小。根据以上研究结果对后扰流板进行优化。数值模拟结果显示,优化后的扰流板实现降阻1.9%。然后通过风洞试验验证了优化方案的可行性。试验结果显示,优化后风阻下降2.5%。

以汽车天窗产生的气动噪声为研究对象,根据CFD分析原理及汽车结构特点建立仿真模型,对模型的粒子数量和气动阻力系数进行相关性验证。采用格子玻尔兹曼法与大涡模拟算法相结合的方法,研究汽车相对行驶速度以及天窗开启状态对气动噪声的影响规律。研究结果表明:当汽车与空气的相对速度为25 km/h时,声压达到最大值125.67 dB,对应的激振频率为28 Hz;相比于声压幅值,天窗开启状态对声压的波动性影响更为显著。

通过水槽的列车模型试验探讨列车气动阻力特性，讨论列车车型对气动阻力的影响，并得知流线型化的列车阻力系数可减少６３．２％．