基于整車風阻優化與導流罩開發的仿真研究

張錦宙 馬志強

摘 要：本文主要以某重型帶掛卡車導流罩開發為例，通過對重型帶掛卡車在配不同外形和尺寸導流罩的三維數據建立分析模型，隨后對各模型的流場計算域進行網格劃分，再導入Fluent進行仿真計算，通過對比不同導流罩外形和尺寸的分析模型在流場中對整車的風阻系數影響，帥選出最佳空氣動力學性能的導流罩分析模型，然后從分析模型中提取出導流罩的網格面，通過后期對網格面的3D擬合處理，從而得到具有最優空氣動力學性能的導流罩外形尺寸和布置位置。

關鍵詞：導流罩;開發;仿真;結構;位置

1 引言

一直以來卡車導流罩在減小整車風阻方面起著舉足輕重的作用，隨著現代卡車技術的發展，卡車導流罩越來越趨于與整車流線匹配，導流罩在降低整車風阻方面起著關鍵作用;主要在于在卡車在行駛過程中會產較大生風阻，行駛速度越高，整車風阻越大。風阻對卡車的動力性和燃油經濟性起到相反作用，由此常年累月運營下來對用戶造成額外的燃油消耗費用十分龐大;因此在這種需求之下，如何保證所開發的導流罩在駕駛室上布置位置、外形和尺寸與整車空氣動力學性能匹配達到最佳狀態;導流罩CFD分析模型的建立、仿真優化和對比分析顯得尤為重要。所以開展導流罩的仿真優化研究工作對減小整車風阻、降低整車油耗方面意義重大。

2 分析對象模型建立

2.1 仿真邊界條件定義：

重型半掛卡車，掛車伸出鞍座1.2米，半掛距駕駛室1.77米、寬2.55米、長13米，見圖1。

2.2 仿真工況定義：

正風工況和側風工況，風速按V=90km/h;

2.3 建立流場計算域模型：

外流場尺寸為長×寬×高=130m× 15m×21m，網格3200萬（最理想的風洞模型為：車身前方5倍車長，車身上方5倍車高，車身側面5倍車寬，車身后方10倍車長）

2.4 網格劃分

在Hypermesh中對模型計算域進行網格劃分，見圖4

2.5 仿真邊界設置，見表1

3 仿真模型導流罩CAS方案策劃示意（圖5）

4 仿真分析過程及結果

仿真分析過程中需在所策劃的仿真模型方案導流罩CAS基礎上根據分析結果對導流罩型面進行多次調整和反復校核網格，并經對比最終獲得最優化的仿真模型;

4.1 不同方案仿真分析風速云圖對比，見圖6：

4.2 不同方案仿真分析壓力云圖對比，見圖7：

4.3 不同方案仿真分析計算結果對比，見表2：

根據分析結果可知：當頂導流罩前端往駕駛室前部延伸，兩側壓低情況下，整車風阻最小，相對原未優化之前狀態，整車風阻系數可降低約6.84%。

5 仿真分析網格面擬合導流罩3D數據

通過對以上各方按的仿真分析對比，方案序號6中的仿真結果最優，整車風阻系數降低比例達標。然后采用Hypermesh提取仿真分析中的所用的網格模型數據，并用CATIA等三維軟件進行參數化，從中擬合出最終所需導流罩的3D數據，為最終的工程化結構數據設計提供依據，見圖8。

6 結語

（1）本文通過某重型帶掛卡車導流罩與整車空氣動力學性能之間的關系，經過對前期策劃的各導流罩CAS方案的仿真分析，并在此基礎上反復調整和計算得出最優空氣動力學性能的仿真模型，然后從最優的仿真模型中提取出導流罩網格面，通過對網格面的擬合確定出要開發的導流罩空間布置位置、外形尺寸及最終CAS面，然后再進行工程化結構設計。

（2）本問旨在闡述一種導流罩開發從仿真分析、分析模型、網格擬合到最終CAS數據確定的過程，一定程度上為汽車導流罩的開發在確定導流罩布置位置、外形尺寸和外觀型面上提供了理論依據和參考。

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