商用車駕駛室造型設計論文范文

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1原始導流罩方案分析

1.1計算域計算域入口距車前端4倍車長，出口距車廂后端8倍車長，計算域兩側側壁距模型側面均為4倍車寬，頂部距車廂頂部5倍車高［8］，如圖2所示。

1.2網格劃分商用車模型特征較復雜，計算域較大，為較好地控制網格數量與質量，在STAR-CCM+中，首先對商用車模型進行包面處理，然后對商用車模型和計算域分別進行重新構面以優化表面網格質量，保留了幾乎所有原車特征，圖3～圖5所示為幾處特征的面網格。最后將商用車模型和計算域組合在一起，劃分體網格。本文中采用STAR-CCM+自身特有的切割體網格+三棱柱網格的混合網格方案，為兼顧網格質量與數量，并且考慮到模擬計算的精確性，對駕駛室、尾流、車身周圍、車底、遮陽板、后視鏡尾流和格柵附近區域等關鍵部位進行了體網格加密，如圖6所示。同時僅在大表面處生成邊界層網格。最終生成的體網格為11673452～12107931單元，如圖7所示。

1.3數值計算假設空氣為不可壓縮流體，對商用車進行穩態數值模擬，湍流模型選擇K-Omega模型，計算域入口為速度入口，u=30m/s;出口為壓力出口，相對壓強p=0;地面、計算域壁面均為滑移壁面，商用車模型邊界為壁面。湍流強度和黏度保持軟件默認值。一共迭代計算1500步，監測氣動阻力系數CD值曲線。

1.4結果分析式中:D為空氣阻力;A為整車正投影面積;v為車輛速度;ρ為空氣密度。本文中一共設置5個分析方案———未加導流罩的整車(方案0，設為參考方案)和加裝4款導流罩后的整車。最終由數值計算得到各方案的CD值。以未加導流罩的整車CD值為基準，表1列出各方案的相對CD值。結果表明，方案1和2導流罩有減阻效果，方案3和4導流罩卻使氣動阻力系數增加。方案2導流罩的減阻效果最好，方案4導流罩的減阻效果最差。

商用車行駛時，氣流首先沖擊駕駛室迎風面，然后氣流分別向上、向下和向兩側流動。向上流向駕駛室頂部直到貨廂頂部，向下流經底盤，向兩側的氣流流經車輛側壁。駕駛室導流罩的作用就是對向上流動的那部分氣流進行引導，使其沿導流罩曲面平順過渡到貨廂頂部，盡可能地在貨廂頂部附穩流動，同時減少氣流對高出于駕駛室那部分貨廂迎風面的沖擊區域;而導流罩的側壁則引導氣流平順過渡到貨廂側壁，在貨廂側壁附穩流動。未加裝導流罩時，向上的氣流會直接撞擊在貨廂迎風面的上沿區域，形成高壓阻滯區。因此要減小氣動阻力就得使這部分高壓阻滯區盡可能的小。方案2相對于其他3個方案，其導流罩的高度和寬度均為最大，與貨廂上沿高度相差不大，氣流流過其上表面時能較平順地過渡到貨廂頂部;但是由于其側壁曲線曲率未能與貨廂側壁之間形成相切過渡，因此仍有部分氣流直接沖擊貨廂迎風面，形成阻滯區域。方案1中導流罩雖然與方案2高度相同，但上半部分更為狹窄，氣流經導流罩側壁引導有很大部分氣流直接沖擊貨廂迎風面，形成較大阻滯區域，其減阻效果不如方案2。方案3和4，其導流罩高度明顯低于貨廂上沿，氣流經過其引導之后，相比于無導流罩工況，反而有部分氣流往下流動，直接沖擊貨廂迎風面，使高壓阻滯區域更大，而且部分氣流回流，在導流罩內和貨廂頂部形成渦流，更增加了氣動阻力。圖8為貨廂迎風面壓力云圖，圖9為方案3和4的流線圖。

2新導流罩方案設計與分析

2.1新導流罩設計前4款導流罩主要考慮了與貨廂高度的匹配。對其進行數值模擬分析之后，總結駕駛室上方流場特性，并兼顧導流罩側壁與貨廂側壁的過渡，重新設計一款更加符合流場特性的導流罩。為減少氣流對貨廂高出駕駛室部分迎風面的沖擊，導流罩最好能引導氣流直接過渡到貨廂頂部和兩側。因此重新設計導流罩時，使導流罩上表面的曲面能與貨廂頂部平面形成相切過渡，導流罩側壁與貨廂側壁內切圓也要相切過渡。圖10為新設計的導流罩方案。圖11為導流罩與貨廂表面相切過渡示意圖。

2.2新導流罩CFD分析對新設計的導流罩進行數值模擬分析。與之前對4款導流罩方案進行分析的方法一樣，最終得出其氣動阻力系數值，并對其流場進行分析。表2為方案2和新方案相對原車CD值的對比。由表2可以明顯看到，新設計的導流罩方案在原先減阻效果最好的方案2的基礎上進一步明顯改善，相比于未加裝導流罩時氣動阻力系數有17.6%的降低，非常可觀。相比方案2，由于新的導流罩設計時考慮了與貨廂上表面和兩側表面相切過渡，使貨廂迎風面的高壓阻滯區域進一步減小，如圖12所示;氣流過渡到貨廂上表面和兩側壁面時沒有阻礙，更加平順，減少了貨廂頂部湍流區域，改善了頂部湍流分布，靠近側壁的高壓阻滯區域也幾乎消失，圖13為中央對稱面流線對比，圖14為中央對稱面湍流動能對比。

3結論

為某商用車設計與之匹配的導流罩。首先對比最初設計的4款導流罩方案，進行空氣動力學數值模擬分析，找出其減阻效果最好的方案，并且總結各方案的流場特性，分析設計導流罩時應該遵循的原則和規律。然后在對4款方案分析總結的基礎上，按照總結的設計原則與規律重新設計了一款導罩，新設計的導流罩上表面和側表面與貨廂上部及側壁形成相切過渡。對新設計方案進行了CFD數值模擬分析，新設計的方案相比于無導流罩方案CD值降低17.6%，比原設計中方案2又降低10%。

作者：張英朝丁偉陳濤張志遠邵書鑫單位：吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室一汽解放有限公司