基于CFD的重型载货汽车气动特性研究及造型设计

摘要

随着人类物质需求的不断提高，重型载货汽车的问世，迅速受到人们的欢迎，使其迅速成为了高效、快速、便捷、精准的货物运输交通工具，被广泛运用于物流行业。但随着国际能源危机、大气污染和全球变暖等问题的日益加重，就对重型载货牵引车的设计提出了新的挑战。要求其不仅要具备强大的运输能力，同时还需尽量降低对能源的消耗。
　　针对此问题，本论文从空气动力学的角度出发，对重型载货汽车的造型与其空气动力学性能的关系做了深入的研究与分析，并根据总结的规律设计了一款长头重卡车型，使其气动阻力系数CD值下降至0.329。本文的主要研究内容和特色如下：
　　（1）针对空气动力学所涉及到的物理量进行了研究与探讨，研究了流体在各种不同条件下的运动状态与变化规律和气流作用于车身时所产生的气动力与气动力矩对整车的影响。同时详细分析了构成气动阻力的几大因素，以及其在总阻力中的所占比例。并通过研究CFD技术，对流体力学数值仿真模拟所涉及到的基础原理和基本解算方法进行了深入研究，为后期的研究、参数设定以及数值分析等工作奠定基础，拥有更完善的理论认知与技术掌握。
　　（2）对美国能源部所颁布的标准参考重卡模型GCM进行了从模型选择、三维建模、网格划分、FLUENT仿真计算设置到数值比对分析的全面描述与研究,为后续的实验建立了统一的标准实验流程与数据参考。
　　（3）通过分别对市场上所常见的四种重卡车型进行了气动几何模型的建立和CFD仿真实验，在经过对实验数据的分析比对后，证明了GCM型的重卡车型风阻系数最低，空气动力学性能最好。
　　（4）在设计新的低风阻重型载货牵引车时，以GCM车型为造型参考，针对其风窗角度、车身曲面、货箱等容易产生湍流的区域做了进一步的修改与重新设计，使其风阻系数值CD从0.408下降至0.329。并从美学需求出发，完善了其几何气动模型，对其各部分车身立面以及车体细节部件进行了设计与造型工作，赋予其独有的产品外观与产品气质。
　　综上所述，本文采用空气动力学的基本原理，利用CFD外流场数值分析技术对GCM模型以及现有重卡车型进行了验证及分析。在证明了GCM模型具有较低风阻系数的情况下，以此类车型为参考，设计出一款新的气动模型，并在证明其拥有更佳空气动力学性能后对其外观进行了更进一步的造型设计，完成了本次课题设计目标。对进一步降低重型载货汽车的气动阻力系数提高燃油经济性具有积极的意义。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容与方法

第二章 重型载货汽车与空气动力学

2.1汽车空气动力学基本概念

2.2外流场作用于重卡的气动力和气动力矩

2.3气动阻力的构成及影响

2.4本章小结

第三章 重卡外流场数值仿真模拟计算概述

3.1流体力学数值仿真模拟简介

3.2流体力学数值仿真的求解过程

3.3数值模拟的方法及分类

3.4数值模拟理论基础

3.5湍流的数值模拟方法

3.6近壁面处理函数

3.7数值计算的求解方法

3.8本章小结

第四章 标准参考重卡气动几何模型的数值仿真验证

4.1标准参考模型的选择

4.2模型外流场数值模拟流程

4.3数值模拟结果的对比与分析

4.4本章小结

第五章 四种重型载货牵引车的气动几何模型对比

5.1四种重型载货牵引车的基本形态

5.2四种重卡气动几何模型的建立及仿真

5.3四组模型的仿真结果比对

5.4本章小结

第六章 重卡的空气动力学造型设计

6.1重卡气动几何模型的构建

6.2对重卡气动几何模型的空气动力学性能分析

6.3针对重卡气动几何模型的细节造型设计

6.4整体造型渲染

6.5本章小结

第七章 总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文