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某重型平頭卡車仿真與風(fēng)洞實驗對比分析

2020-05-31 22:59:07·  來源：AutoAero  作者：王中儉  
　
丨AutoAero202010期AutoAero昨天隨著高速公路的快速發(fā)展，重型卡車的速度也變得越來越快。隨著石油價格的上漲，改善重型貨車的燃油經(jīng)濟(jì)性迫在眉睫。本文選取某平
隨著高速公路的快速發(fā)展，重型卡車的速度也變得越來越快。隨著石油價格的上漲，改善重型貨車的燃油經(jīng)濟(jì)性迫在眉睫。本文選取某平頭重型卡車為研究對象，對某平頭重型卡車的1:1模型進(jìn)行數(shù)值仿真并對其外流場分析。又進(jìn)行了某重型卡車1:4比例模型的風(fēng)洞試驗，將實驗與仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，仿真和實驗具有很好的一致性，后期將會針對分析結(jié)果提出合理優(yōu)化方案并對側(cè)風(fēng)條件下平頭卡車優(yōu)化減阻方法進(jìn)行深入研究。
 
1、模型尺寸

如圖1所示該平頭重型卡車模型基本尺寸為：長是15.4m；寬是2.4m；高是4.0m。文中仿真的坐標(biāo)系均如下圖所示。
圖1 模型尺寸

2、網(wǎng)格策略

對該平頭重型卡車進(jìn)行網(wǎng)格劃分前，要對其進(jìn)行幾何清理和簡化，以提高計算效率。由于本文中研究的是閉格柵的情況，因此對于一些底盤件也進(jìn)行了部分刪減，簡化模型可以降低網(wǎng)格數(shù)量，對計算效率的提高大有益處。使用有限元軟件Hypermesh對該長頭重型卡車進(jìn)行面網(wǎng)格的劃分，選用三角形面網(wǎng)格。如圖2、3所示，面網(wǎng)格尺寸為4mm-16mm，為了減少網(wǎng)格量，車頭部位一些較大的平面面網(wǎng)格選用32mm，貨箱部位的面網(wǎng)格為64mm，面網(wǎng)格280萬，體網(wǎng)格為2920萬。

圖2 車身網(wǎng)格示意圖

圖3 Y=0截面體網(wǎng)格示意圖

3、仿真結(jié)果分析

從壓力等值面為0的壓力云圖和壓力系數(shù)云圖，即圖4、5可以看出：圖中圈出區(qū)域流動狀態(tài)較差，車身前端產(chǎn)生較大正壓，增大了壓差阻力，部分位置產(chǎn)生氣流分離等現(xiàn)象，后續(xù)將針對以上部位進(jìn)行氣動特性分析，提出相應(yīng)的減阻方案。

圖4 壓力等值面為0的壓力云圖


某重型平頭卡車仿真與風(fēng)洞實驗對比分析
圖5 壓力系數(shù)云圖
 
4、1:4模型風(fēng)洞實驗  

依托于吉林大學(xué)風(fēng)洞實驗室進(jìn)行風(fēng)洞試驗，如圖6-8，分別對1:4卡車模型進(jìn)行了測試風(fēng)阻系數(shù)（0-15°側(cè)偏），壓力系數(shù)及流動顯示實驗。

5、實驗方案

開式試驗段，遮蔽移動帶系統(tǒng)，利用底部機(jī)械天平以及固定的支撐型材，應(yīng)用前五軸即十輪支撐的總體布置方案。

圖6 測風(fēng)阻系數(shù)

圖7 測壓力系數(shù)

圖8 流動顯示

6、實驗與仿真結(jié)果對比分析

試驗在100km/h風(fēng)速下進(jìn)行，測得該卡車阻力系數(shù)與仿真值比較，相對誤差為2.6%，說明試驗與仿真具有較好的一致性。

分別對橫擺角度±3°，±6°，±9°，±12°，±15°的卡車模型進(jìn)行阻力系數(shù)測量，在風(fēng)速為100km/h下，隨著橫擺角度的不斷增大，風(fēng)阻系數(shù)也不斷增大。

通過測量車身表面壓力系數(shù)發(fā)現(xiàn)，壓力系數(shù)較大的部位氣流流動情況較差，與仿真結(jié)果得到的壓力系數(shù)云圖基本一致。 如圖9所示，提取y=0截面監(jiān)測點進(jìn)行對比分析。 如圖10所示，壓力系數(shù)的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果具有很好的一致性，為后續(xù)進(jìn)行卡車優(yōu)化減阻提供了很好的依據(jù)。

圖9  y=0截面監(jiān)測點
圖10 y=0截面20個監(jiān)測點壓力系數(shù)實驗與仿真對比
 
 
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