侧风对轿车气动特性影响的数值模拟研究

选用某国产轿车1∶1模型,利用混合网格方案对不同强度侧风作用下的轿车外流场进行数值模拟,得到不同侧风强度下的流场速度压力分布及气动力系数变化情况.分析不同强度的侧风作用下的流场速度和压力分布,着重分析了尾部流场的变化,定性地解释了侧风对轿车气动力特性的影响,初步研究了尾流随侧风作用的变化机理.模拟结果表明,该车型在不同强度侧风作用下,侧向力系数和升力系数均随着侧风作用的增强而增大.研究结论为深入分析侧风作用下轿车外流场特性提供了有利的参考.     

不同强度侧风对轿车气动特性影响的瞬态数值模拟研究

为研究典型轿车在不同强度侧风影响下的气动特性,通过用户自定义函数实现计算网格的动态更新和侧面入口速度随时间的变化,动态模拟了汽车行驶通过一个侧风速度随时间不断增强的区域,对不同强度侧风下汽车的气动特性进行了瞬态数值模拟研究。研究结果表明,阻力、侧倾力矩和纵倾力矩受侧风影响不大,而升力、侧向力和横摆力矩受侧风的影响显著。随着侧风的增大,升力、侧向力和横摆力矩明显增大,严重影响了汽车的行驶稳定性。     

风雨环境下汽车空气动力学性能分析

为了研究风雨环境对汽车空气动力学性能的影响，本文基于Euler-Lagrange方法建立风雨环境下汽车空气动力学模型，采用M-P(Marshall-Palmer)雨滴谱对雨滴降落进行数值模拟。基于风-雨双向耦合算法进行风场和雨滴迭代模拟，开展不同侧偏角，不同降雨强度条件下汽车空气动力学特性研究。计算结果表明，当侧偏角相同时，车身迎风侧所受正压、车身表面的雨滴浓度及单位时间内降落至车身的雨滴质量均随着降雨强度的增大而增大，且雨滴降落位置主要位于前车窗附近，汽车的气动阻力系数随降雨强度的增大而增大；当降雨强度相同时，汽车的气动阻力系数随侧偏角的增大先增大后减小，而侧偏角的增大或降雨强度的增大，均会导致汽车的气动性能恶化。该研究为车辆安全行驶提供了理论依据。     

弯道行驶车辆瞬态气动特性的数值模拟

应用计算流体力学方法,采用重叠网格的策略,对直道行驶的简化模型进行瞬态数值模拟研究,然后进行风洞试验验证。在此基础上,对弯道行驶状态下简化模型周围流场的瞬态气动特性进行了数值模拟,得到了弯道行驶状态下模型周围的流场分布和气动阻力系数等气动特性,并与直道行驶状态下的结果进行对比分析。结果表明:弯道行驶车辆受到了瞬态侧向力及横摆力矩的作用,并且随着转弯半径的减小,侧向力和横摆力矩急剧增大,行使速度的变化也会带来侧向力和横摆力矩的改变,从而影响车辆的行驶稳定性。本文为进一步研究弯道行驶车辆的瞬态气动特性提供了理论参考。     

行驶环境对高速列车侧风运行气动特性影响

在环境侧风下,不同路况高速列车的空气动力特性会影响列车的安全舒适运行.通过数值模拟方法,探讨行驶环境对高速列车侧风运行气动特性的影响.计算结果表明:3种路况下头车、中间车和尾车的气动六分力系数均不相同,特别是路堤路况下的各节车的侧向力系数均明显大于平地和高架桥路况.而在平地和高架桥路况下,尾车受到的侧向力远比头车和中间车的小,且方向为逆侧风方向.这种差异性,主要是由于不同路况下列车的绕流流场发生了显著变化所致;因此,在研究高速列车空气动力特性时,要综合考虑不同路况下的差异性,才能够全面评估高速列车气动特性.     

侧风对直线行驶卡车操纵稳定性的影响

以汽车系统动力学理论为基础,运用TruckSim仿真软件建立了国产某卡车的特性参数模型和相应的气动系数特性曲线模型,模拟了侧风对直线行驶卡车的作用过程,得出开环条件下气动特性曲线。通过TruckSim软件引入驾驶员模型,通过改变风速大小和风速角度及车速大小等相关参数,分析了上述参数变化时侧风对直线行驶卡车操纵稳定性的影响。     

高雷诺数下并列双圆柱绕流的大涡模拟

为澄清并列双圆柱结构发生偏向流现象的流场机理,采用大涡模拟(LES)方法,在高雷诺数下(Re=1.4×10~5)研究了并列双圆柱的气动性能及其流场特性随圆柱间距比P/D(P为圆心间距,D为圆柱直径)的变化规律,重点探讨了小间距并列双圆柱的偏向流现象及其对圆柱气动性能的作用机理.研究结果表明:大涡模拟方法得到的气动力结果与文献风洞试验值吻合良好;随着并列双圆柱间距的增大,绕流场会呈现单一钝体、偏向流和平行涡街等多种流态结构;当P/D=1.1时,绕流场会间歇性地出现单一钝体和偏向流流态,两种流态的气动性能和流场特性有很大差异,圆柱的气动力会随时间发生剧烈变化,呈现非稳态特征;当P/D=1.2～1.5时,绕流场呈现偏向流流态,两个圆柱的气动力和尾流呈现不对称现象,偏向流的偏转方向会出现间歇性地变化,尾流涡脱强度弱,气动力脉动小;当P/D=2～4时,绕流场总体呈现平行涡街流态,尾流涡脱强度强,气动力脉动大,气动干扰减弱.     

高速公路隧道口液态防风栅流场数值分析研究

采用CFD数值模拟的方法研究液态防风栅对某高速公路隧道口的防侧风作用.首先建立气液耦合模型,给出了对其相互作用进行高效数值计算的方法,对侧风与液态防风栅共同作用下产生的流场做了分析解释,研究了不同液态防风栅喷口在相同水流初速下的挡风性能.结论如下:液态防风栅以消耗风能为主要方法,产生的加速区风速小,液态防风栅后流场气流流动较为有序,挡风耗能保证行车安全的作用明显;40mm喷口的液态防风栅能起到较好的防侧风效能,宜布设在距高速公路11m处.该研究成果为侧风灾害防治提供了一种环境友好、对安装结构气动影响小、挡风墙后气流稳定的技术,对高速公路隧道口、跨海大桥的侧风防治提供了重要依据.     

导流装置对受电弓非定常气动特性的影响

采用基于Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型的延时分离涡方法(DDES)对不同形式导流装置的列车非定常气动特性进行模拟,对比分析不同导流装置下受电弓各构件非定常气动力及波动特性,该算法经过了风洞验证.研究结果表明,浴盆式导流装置显著影响了受电弓及周围流场结构.无侧滑角时,翼板式改善了受电弓阻力系数及波动特性;存在侧滑角时,导流装置会恶化受电弓各构件的气动性能.侧滑角改变了受电弓部分构件的升力方向,导流装置在改变受电弓各构件升力效果方面差异明显.导流装置在改变受电弓各构件气动力频谱特性方面存在明显差异,不合适的导流装置会加剧受电弓气动力波动,而翼板式导流装置对受电弓气动力波动强度有相对较好的改善作用.     

扑翼柔性变形对悬停气动特性影响的数值研究

为研究扑动飞行器悬停时扑翼的变形给气动力及周围流场带来的影响,通过求解二维Navier-Stokes方程,分析了扑翼气动力及其周围流场结构随扑翼柔性变形的变化规律.结果显示,当扑翼在悬停扑动时,适当的柔性变形可以提高升力,增大升阻比,有效地改善气动特性.但是,过度的柔性变形会使扑翼的气动特性恶化,升力和升阻比随着过度的变形而减小.     

侧风作用下货车和小汽车行驶稳定性对比分析

为对比侧风作用下货车和小汽车的行驶稳定性,基于8自由度驾驶模拟器,构建了侧风作用下山区高速公路桥隧连接段驾驶模拟平台。招募30名驾驶员进行6种侧风工况下的驾驶模拟实验,采集侧风作用下的侧向位移、横摆角速度、侧向加速度等车辆动态响应和驾驶员反应数据,探讨厢式货车和小汽车的侧滑稳定性、横摆稳定性以及侧翻稳定性。并基于静态稳定系数提出了侧倾比的概念,用于比较不同车型的抗侧翻能力。研究结果表明:在桥隧连接段行驶时,侧风作用下小汽车更易产生侧滑,但厢式货车在持续侧风作用下的侧向偏移更严重;驾驶小汽车相对于驾驶厢式货车能较快地对侧风环境做出响应,侧风感知时间较短;侧风作用下厢式货车更易出现侧翻失稳现象,且在驶出侧风作用区域后仍存在一定侧翻风险。     

Wind tunnel measurement of aerodynamic characteristics of trains passing each other on a simply supported box girder bridge

The aerodynamic performance of high-speed trains passing each other was investigated on a simply supported box girder bridge,with a span of 32 m,under crosswind...     

Study on the flow behaviour and aerodynamic noise characteristics of a high-speed pantograph under crosswinds

The aerodynamic noise of high-speed trains increases significantly under crosswinds. Researches have typically focused on the characteristics of aerodynamic loads and the corresponding safety issues, with less attention to flow-induced noise characteristics. In the present paper, the near-field unsteady flow behaviour around a pantograph was analysed using a large eddy simulation. The far-field aerodynamic noise from a pantograph was predicted using the Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy. The results showed that asymmetric characteristics of the flow field could be observed using the turbulent kinetic energy and the instantaneous vortexes in crosswind conditions. Vortex shedding, flow separation and recombination around the pantograph were the key factors for aerodynamic noise generation. The directivity of the noise radiation was inclined towards the leeward side of the pantograph. The aerodynamic noise propagation pattern can be considered as a typical point source on spherical waves when the transverse distance from the pantograph geometrical centre is farther than 8 m. The sound pressure level grew approximately as the 6 th power of the pantograph speed. The peak frequency exhibited a linear relationship with the crosswind velocity. The numerical simulation results and wind tunnel experiments had high consistency in the full frequency domain, namely, the peak frequency distribution range, the main frequency amplitude and the spectral distribution shape.     

尾板对重型载货汽车尾部流场的影响

为了降低风的阻力,对某牵引式重型载货汽车加装了4种不同形式和尺寸的尾板。并采用数值仿真的方法分析了尾板对流场的影响,探索了风阻产生机理和降低原因。仿真工况模拟正常车辆行驶速度25m/s,未考虑侧风影响。计算结果表明:安装4种尾板后风阻系数均有降低,降幅最大为2.8%,获得了较满意的降阻效果。对比分析了4种方案的整车气动阻力系数、流速分布及总压为零等值面的计算结果。研究发现:尾板对车身周围气流的影响集中在货箱尾部,改变了尾流中原有的环形漩涡结构,从而降低了风阻。     

不同风障形式下桥梁断面行车风环境及颤振性能

为研究不同形式风障下的桥面风环境和结构颤振性能,以主跨为918 m的单箱悬索桥为对象,首先结合CFD数值模拟,比较3种风障下风速剖面及侧风折减系数的变化规律,进一步选取带椭圆形风障的主梁断面和无风障的原始断面开展节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究风障对颤振临界风速和静力三分力系数的影响,最后借助二维三自由度方法分析设置风障前后的颤振发散驱动的变化.结果表明:设置风障能有效地降低行车高度内的平均风速,改善桥面风环境;在对比方案中,矩形断面的侧风折减效果最佳,而椭圆形风障对于侧风的折减效果可接受,且阻力系数小于其他形式;设置椭圆形风障后断面的阻力系数较原始断面提高明显,颤振临界风速小幅度的提高,断面颤振发散机理发生显著变化.     

大跨径悬索桥动载试验研究

为检验在役大跨径悬索桥结构的动力性能,对主跨128 m地锚式悬索桥进行动力试验。测试其自振频率、振型和阻尼比;激振试验中,测试桥跨结构在汽车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置跳车时桥跨结构的动应变、动位移、振幅以及加速度等动力响应,计算得出冲击系数。并将实测结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,该悬索桥具有较好的竖向刚度、横向刚度;汽车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,有障碍行车舒适度较差。     

大型载货汽车驾驶室与货厢间隙对气动力特性的影响

以简化的大型载货汽车模型GTS为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型和混合网格技术,分别模拟了气流流过驾驶室与货厢之间不同长度的间隙时产生的流场形态。通过分析不同间隙区域的流场形态分布和空气阻力系数的变化规律发现,间隙长度G≤55%时,对整车的气动力特性的影响较小;当G>55%时,气动力特性的变化对整车的影响逐步增大。同时研究发现,在GTS模型的驾驶室顶部加装导流罩可改善整车的气动力特性。     

皮卡车外流场的数值模拟

采用CFD进行皮卡车的外流场模拟,得到了车身表面压力分布、尾流典型剖面流速值和尾流流场结构,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好。模拟结果表明,皮卡车尾涡存在于货箱上方和尾挡板后方两个区域。进行了皮卡车几种几何改型的CFD模拟,所得阻力系数变化与实车试验结果有相同的变化趋势,证实了尾挡板的减阻作用。由此得出CFD用于皮卡车外流场模拟,可获得较高的模拟精度。