为了研究风雨环境对汽车空气动力学性能的影响,本文基于Euler-Lagrange方法建立风雨环境下汽车空气动力学模型,采用M-P(Marshall-Palmer)雨滴谱对雨滴降落进行数值模拟。基于风-雨双向耦合算法进行风场和雨滴迭代模拟,开展不同侧偏角,不同降雨强度条件下汽车空气动力学特性研究。计算结果表明,当侧偏角相同时,车身迎风侧所受正压、车身表面的雨滴浓度及单位时间内降落至车身的雨滴质量均随着降雨强度的增大而增大,且雨滴降落位置主要位于前车窗附近,汽车的气动阻力系数随降雨强度的增大而增大;当降雨强度相同时,汽车的气动阻力系数随侧偏角的增大先增大后减小,而侧偏角的增大或降雨强度的增大,均会导致汽车的气动性能恶化。该研究为车辆安全行驶提供了理论依据。

为研究强降雨环境下的汽车空气动力学特性问题,本文以标准MIRA阶梯背汽车模型为研究对象,建立汽车外流场空气动力学数值计算模型。同时,利用ANSYS Fluent软件,研究在不同降雨强度、不同偏航角对车身气动力、速度特性、压力特性的影响,并追踪了离散相雨滴的运动轨迹及其与车身的接触,分析了车身表面附近区域雨滴质量浓度分布和变化。研究结果表明,在无降雨环境下,随着车速的增加,车身表面正压区和负压区覆盖范围均明显增大,部分雨滴在车身表面发生明显的反弹现象,车速对气动阻力影响较大,而对气动阻力系数没有实质性影响;相同车速条件下,降雨强度越大,气动阻力(系数)增幅越大,并且与降雨强度近似呈线性关系;在一定降雨强度下,随着偏航角的增大,整车气动阻力(系数)和气动侧力(系数)相比无雨时增大,左侧面表面压力逐渐增大,汽车后侧窗边缘区

基于标准κ-ε双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,研究强降雨条件下列车前端计算区域长度的取值。在此基础上,分析不同车速、不同降雨强度下的高速列车气动特性,并与无雨条件下的计算结果进行比较。研究表明,列车前端计算区域长度应达到雨滴运动水平距离的1.5倍。降雨强度增加,列车周围雨滴浓度整体上增大。雨滴越靠近尾车,浓度越大。车速越大,雨滴飞溅程度越大,飞溅的距离越远。在强降雨条件下,列车的整车阻力、头车阻力、中车阻力均随降雨强度和车速的增加逐渐增大;尾车阻力随降雨强度增加而减小,随车速增加而增大。气动阻力变化的百分比随着降雨强度的增加而增大,随着车速的增加而减小。