基于多岛遗传算法的汽车车身气动优化

为研究不同长细比汽车车身的最优气动性能,基于英国汽车工业研究协会(Motor Industry Research Association, MIRA)阶背模型,利用多岛遗传算法开展不同长细比的汽车车身气动优化.优化结果表明优化模型的气动阻力因数随着长细比的增大而降低.通过改变车身的长细比得到的5种优化模型具有发动机罩倾角、后风窗倾角和尾部上翘角较大,前风窗倾角较小的特点.对8个优化参数进行分析可知：尾部上翘距离和前悬距离对气动特性的影响最大.     

低雷诺数湍流模型的网格特征

低雷诺数模型目前主要应用于二维简单流动的数值仿真中,为研究该湍流模型在三维复杂流动计算中的网格特征,选取不同系列的车身面网格尺寸、车身壁面第一层边界层与壁面法向高度以及边界层层数等3组网格参数,利用ANSYS对阶背式MIRA模型外流场进行数值仿真.数值仿真结果与风洞试验的结果对比表明：数值计算得到的车身表面平均y+值随面网格尺寸增加而呈现减小趋势;网格方案对气动力因数和车身表面压力因数分布影响显著,气动阻力因数仿真值与试验值误差的变化区间为0.83%~7.93%,气动升力因数误差变化区间为10%~104%;气动阻力因数和气动升力因数均随着边界层层数的增加而增大,边界层层数为5时可以得到兼顾气动力因数精度和车身表面压力因数精度的较优仿真结果.     

静止和旋转孤立车轮局部流场的评价

为研究车轮周围流场特征,分别对某孤立车轮静止和旋转工况下周围流场进行数值研究,并给予试验验证.计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.在1∶15的模型风洞中进行试验.数值模拟结果与试验数据吻合.针对数值模拟结果,详细分析静止和旋转孤立车轮周围流场的流动情况、表面压力因数、气动阻力因数和气动升力因数等,得到孤立车轮旋转对车轮附近局部流场的影响以及形成机理.车轮的转动使总体压差减小,降低气动阻力和升力,改善气动性能。     

轿车乘员舱内气流对气动阻力影响的数值模拟

为揭示轿车侧窗开启程度和乘员舱内布置对气动阻力的影响规律,建立1∶1阶背式英国汽车研究协会(Motor Industry Research Association,MIRA)标准模型;基于FLUENT,在30 m/s风速下采用可实现k-ε湍流模型对不同侧窗开度的模型进行三维稳态数值模拟,得到气动阻力因数随侧窗开启程度的增大而增大的变化趋势.在侧窗全开时,改变舱内布置,得到气动阻力因数随假人个数的变化规律;对比不同情况下模型的流场分布发现,当考虑乘员舱内气流时,气动阻力的大小不仅与进气量有关,而且受舱内流场分布的影响.     

底部导流板形式对高速列车气动阻力的影响

为减小高速列车运行时的气动阻力,设计直式、斜式、内圆弧式和外圆弧式等4种转向架前后底部导流板的高速列车模型.通过风洞试验验证数值模拟方法的有效性,采用数值计算分析底部导流板对列车气动阻力和底部流场的影响.结果表明：不同形式底部导流板的列车总阻力相差可达20%,其中头车气动阻力因数极差值最大为0.062.导流板影响列车底部气流速度和转向架区域压力分布,其导流作用使得转向架区域气动阻力和转向架的阻力同时改变.转向架前后导流板的导流效果越好,转向架区域的气动阻力越小;同时,气流冲击使得转向架上的滞止压力增大;在二者的共同作用下高速列车的总阻力存在一个较小值.底部采用直式导流板对降低全车气动阻力的效果最好.     

考虑气动特性的汽车前照灯造型参数化方法

为研究汽车前照灯造型对汽车气动阻力的影响并指导车灯造型设计,提出一种车灯造型参数化方法.结合美学、考虑汽车空气动力学,在分析汽车前部和车灯造型的基础上,总结出车灯造型的3类设计参数;建立了由"考虑美学与气动阻力的车灯造型汽车外流场数值分析简化模型"和正交实验优化算法组成的车灯造型参数设计平台.实例的数值计算和风洞实验验证了文中方法的有效性及参数优化组合的效果.该方法对丰富汽车造型设计和车灯设计、促进其工程化很有意义.     

基于近似模型的整车气动外形优化

以类车体DrivAer的气动阻力因数为优化目标,选取影响其气动性能的5个形状参数作为设计变量,通过引入网格变形、试验设计(Design of Experiment,DOE)及近似模型等技术搭建自动仿真优化平台,探索气动性能最佳的参数匹配方案.优化后的DrivAer气动阻力因数降低4.5%,表明近似模型方法能够较好地取代实际仿真过程进行寻优.分析DOE的结果,发现影响气动阻力因数和气动升力因数的主要参数分别为行李箱高度与离去角,而多参数变化时的交互效应也会影响整车的气动性能.     

基于试验设计的某MPV整车外气动特性优化

以某型多用途车（Multi Purpose Vehicles,MPV）为研究对象,对整车外气动特性优化模型进行参数化数值仿真.基于结合试验设计方法和优化算法,与原模型相比,最终优化模型的仿真结果可使目标车型风阻因数降低4.69%.另外,基于试验设计分析后视镜造型对整车外气动特性的影响,后视镜的优化仿真结果可使整车风阻因数降低1.04%.     

高速列车设备舱底板折边气动阻力和底板刚度分析

为研究高速列车设备舱底板折边气动阻力及折边对底板刚度的影响,按实际折边分布情况对列车头部和底板进行几何建模,分析列车以350 km/h,380 km/h和430 km/h运行时列车头部底板折边的气动阻力;分析有、无折边情形下底板在相同竖向均布载荷和约束作用下的变形.结果表明,不同车速下底板折边的气动阻力分布相似,且随着车速的提高而增大;降低折边高度对满足列车轻量化要求、提高列车运行速度有积极贡献;折边对底板的刚度有较大的贡献.     

超声速旋转火箭弹气动特性仿真和分析

采用CFD方法,基于剪切应力输运（Shear Stress Transport,SST）湍流模型,求解大长细比卷弧翼火箭弹在超声速情况下的气动力和气动热问题．对火箭弹流场进行数值计算,与实验数据进行对比．采用薄壁模型模拟结构耦合传热,计算在一定海拔和旋转情况下火箭弹的气动加热,并与不旋转的情况进行对比．计算结果表明该数值方法能较好地计算气动力因数和气动热分布．在特定的低转速和海拔情况下的火箭弹温度分布比不旋转的稍微大一点,在旋转情况下的火箭弹尾部截面压力分布不对称,尾部流线更加紊乱;弹头和尾翼前缘温度较高,应当在火箭弹设计中予以考虑．     

裙板安装对高速列车气动性能影响的数值分析

为研究裙板安装对高速列车气动阻力及侧风安全稳定性的影响,用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法分析国外某高速列车转向架及其周边裙板结构对整车气动性能的影响.在无侧风且列车行驶速度为350km/h时,模拟分析不安装裙板及在不同位置安装裙板情况下列车的气动性能;在有强侧风情况下,模拟分析列车在50～350km/h之间不同行驶速度工况时的气动性能.结果表明,列车底部安装裙板可有效降低列车气动阻力,在头尾第1对转向架处安装裙板对列车气动阻力的降低最有效;在强侧风下,列车底部安装裙板会造成列车的侧向力和侧翻力矩加大,降低列车行驶安全性.     

格栅对汽车前端进气影响的仿真分析

为评估格栅各部分的进气能力和效率,利用三维CFD软件对某汽车在不同车速及不同格栅开启状态下分别进行仿真,分析冷却空气流量和空气阻力因数的变化．结果表明：流经冷凝器的质量流量随车速提高而增大,并呈现一定的不均匀性;上部格栅对进气量贡献较小,下部格栅影响较大,中部格栅进气效率最高;空气阻力因数随格栅关闭而减小,全部关闭时空气阻力因数较格栅全开时降低4．7％,能有效降低空气阻力．     

鼻尖状态对高速列车气动性能的影响

基于三维定常不可压N-S方程以及k-ε两方程湍流模型,分别在无横风和有横风环境下,用有限体积法研究高速列车车头鼻尖不同开闭状态对列车明线运行时气动性能的影响.用FLUENT分析车头鼻尖全开、全闭和半开半闭等3种不同开闭状态的高速列车气动性能,发现车头鼻尖开闭状态对列车侧向力和升力几乎没有影响,但对头车的阻力影响较大,这主要是由于头车鼻尖部分阻力变化较大引起的.在无横风环境下,车头鼻尖开闭状态对头车的气动力矩影响不大,但对尾车的点头力矩有一定影响.在横风环境下,车头鼻尖开闭状态对列车气动力矩影响不大.     

汽车水平外形参数对气动阻力影响的仿真分析

针对现有的汽车气动性能优化研究大多集中于纵向外形参数上,缺乏对水平外形参数研究的问题,选取水平外形参数中车尾收缩角和后风窗收缩角作为气动优化研究对象.利用数值仿真软件建立车体模型并进行仿真,求解获得水平外形参数的变化对气动阻力的影响规律.将水平参数的变化与对应的纵向外形参数的减阻效果进行对比分析.结果表明：水平外形参数的变化引起尾流结构显著变化,且与对应的纵向外形参数相比其减阻效果更好.因此,水平外形参数对汽车气动性能优化具有积极影响.     

Multi-objective optimization of a hatchback rear end utilizing fractional factorial design algorithm

Air flow has significant effects on fuel consumption, performance, and comfort. Decreasing drag coefficient enhances fuel consumption and vehicle performance. Moreover, omitting or reducing the power of aerodynamic noise sources provides passengers comfort. In this paper, optimization of a hatchback rear end is conducted considering drag and aerodynamic noise objectives. To this end, five geometrical parameters of the hatchback rear end are chosen as design variables in two levels. Numerical simulation is applied to survey air flow features around the models in the wind tunnel. To reduce the number of runs, fraction factorial design algorithm is applied to generate layout of the simulations which decreased the number of case studies to half. Main and interaction effects of these factors on drag coefficient and acoustic power of the rear end source are derived using analysis of variance. Optimum level for each parameter is chosen considering simultaneous drag and noise goals. Finally, characteristics of air flow and acoustic power around optimum model are discussed.