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汽车外流场的数值模拟
余梦洁,辛喆
中国农业大学车辆与交通工程系,北京(100083)
E-mail:yumn-830@
摘要:本文应用三维建模软件 Pro/E、UG,建立了 MIRA 标准模型组中的方背式轿车和
某款面包车的模型。然后,针对 MIRA 标准模型组中的方背式轿车,使用计算流体力学软
件 Gambit、Fluent 进行数值模拟,得到了与实验数据相比较为精确的结果,最后,将这一模
拟方法运用到某款面包车上,从而预测了该车的空气动力学性能。
关键词:汽车空气动力学汽车外流场 Fluent 数值模拟
中图分类号:

1. 引言
随着石油价格的不断上涨,人们越来越注重汽车的耗油量及其空气动力性能,而气动阻力
系数是汽车空气动力性能的重要指标。当前测试汽车气动阻力系数的方法主要有三种:风洞
试验法、功率平衡法和数值计算法。由于数值计算具有效率高、成本低、应用范围广等优点,
已广泛被各大企业、科研院校所使用[1]。
作用于汽车上的空气动力可分为如图 1 所示的 x,y,z 轴上的 3 个分力及 3 个力矩[1].它们
分别为:空气阻力 Fw,横向力 Fy,升力 Fz 以及侧倾力矩 Mx,俯仰力矩 My,横摆力矩 ,
对汽车运动性能有显著影响的是 Fy,Fz,Mx,,因此,
车速愈高,其影响也愈大[2]。
本文以 MIRA 标准模型组中的方背式轿车为模型,进行网格化分和数值模拟,并将模
拟结果与风洞试验结果相比较。通过尝试不同方法,得到了较精确的模拟结果。最后,将这
一方法应用到某款面包车上,得到该车的阻力系数和压力、速度分布。
2. MIRA 标准模型组中方背式轿车的空气动力学数值模拟
模型的建立
几何模型
试验采用的模型为 M1RA 标准模型组,模型几何缩比均为 1/4。MIRA 标准模型用硬木
加工而成,且尾部可更换,分别模拟阶梯背、快背和方背三种轿车形式(如图 2,虚线表示快
背和方背)。在 TJ-2 和 IVK 汽车模型风洞试验中所用模型由同济大学设计加工,统一的试验
模型保证了比较试验的可比性基础[3]。

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图 1 汽车所受气动力图 2 MIRA 标准模型

本论文通过 UG 建立模型,尺寸如图 2 所示。由于该车左右对称,因此在建立模型使只
画半车身。
网格划分
将模型导入 Gambit。本文计算域取车前 2 倍车长,车后 6 倍车长,车上四倍车高,车
侧 4 倍车宽。在网格划分过程中,先画车身表面面网格,本文利用 Gambit 中的尺寸函数功
能,在车身表面拐角处进行网格加密;然后,利用已有线网格,在汽车对称面划分面网格;
最有,利用尺寸函数功能,以车身面网格和对称面面网格为源,在计算域内生成体网格,网
格类型为 T-Grid,网格数为 124 万。生成网格如图所示:

图 3 汽车表面网格图 4 汽车对称面网格

数值模拟
将模型导入 Fluent。由于文献中将车模型缩小为原来的四分之一后再进行风洞试验,因
此本文在将模型导入后,也将其缩小至图 2 所示尺寸的四分之一。