非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法,包括以下步驟：設(shè)置設(shè)計(jì)變量；根據(jù)設(shè)計(jì)變量的取值范圍和數(shù)值類型，分析各設(shè)計(jì)變量對(duì)凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關(guān)系；構(gòu)建近似模型；檢驗(yàn)近似模型的擬合精度，選取試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行CFD仿真，并與Kriging模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；采用多島遺傳優(yōu)化算法，獲得最優(yōu)解時(shí)的設(shè)計(jì)變量值重新建模進(jìn)行仿真分析計(jì)算，采用最優(yōu)解進(jìn)行優(yōu)化，觀察模型底部和側(cè)部的氣流匯合流動(dòng)形態(tài)和位置；在氣流匯合中心區(qū)域設(shè)置噴射裝置。本發(fā)明可以在汽車行駛的過程中降低能量的耗散，實(shí)現(xiàn)模型的二重減阻，進(jìn)一步減小汽車車身的氣動(dòng)阻力，提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
【專利說明】非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車車身非光滑表面設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種非光滑表面與射流 相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 車身氣動(dòng)阻力直接影響汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)汽車車速超過60km/h時(shí)， 用于克服空氣阻力的功率和燃油消耗占行駛總功率和燃油消耗的30% -40%。因此，降低 車身空氣阻力意味著整車燃油經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性均得到有效改善，是促進(jìn)車輛節(jié)能環(huán)保的重 要途徑。近年來，仿生非光滑表面減阻成為減阻研究的熱門課題并得到迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的 非光滑表面減阻也取得了較為顯著的成效，但是還不能滿足市場(chǎng)的需求，隨著研究的深入， 更先進(jìn)有效的減阻方法還需不斷研究和探索。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了更加有效地減小汽車行駛中的空氣阻力，并克服現(xiàn)有方案的不足，本發(fā)明提 供了一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，該方法能在汽車行駛過程中，尤 其是高速行駛過程中有效減小空氣阻力，改善汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車 身氣動(dòng)減阻方法，該方法在MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距 和縱向間距為參數(shù)的凹坑型非光滑單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：
[0005] a.將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間 距L設(shè)置為設(shè)計(jì)變量；
[0006] b.采用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點(diǎn)進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到各組的響 應(yīng)值，分析各設(shè)計(jì)變量對(duì)凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關(guān)系；
[0007] C.根據(jù)設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系采用Kriging模型構(gòu)建近似模型； [0008]d.檢驗(yàn)近似模型的擬合精度，在設(shè)計(jì)空間中選取試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案外的任意若干個(gè)試 驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行CFD仿真，并與Kriging模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；
[0009]e.采用多島遺傳優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解；
[0010]f.將步驟e中獲得最優(yōu)解時(shí)的設(shè)計(jì)變量值重新建模進(jìn)行仿真分析計(jì)算，最終得出 最優(yōu)解；
[0011] g.使用步驟f中的最優(yōu)解對(duì)MIRA直背模型尾部端面的凹坑型非光滑表面進(jìn)行優(yōu) 化，觀察模型底部和側(cè)部的氣流匯合流動(dòng)形態(tài)和位置；
[0012] h.在氣流匯合中心區(qū)域設(shè)置噴射裝置。
[0013] 進(jìn)一步，所述噴射裝置設(shè)置為圓形。
[0014] 進(jìn)一步，所述噴射裝置的出口條件設(shè)置為速度入口。
[0015] 進(jìn)一步，所述噴射裝置的噴射速度U設(shè)為7. 5-12. 5m/s。
[0016] 進(jìn)一步，所述噴射裝置設(shè)為渦流發(fā)射器。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣 動(dòng)減阻方法，非光滑優(yōu)化模型較之光滑模型，尾部負(fù)壓明顯減小，而加裝噴射裝置的非光滑 模型較之非光滑優(yōu)化模型，尾部負(fù)壓進(jìn)一步減小。尾部低壓區(qū)的減小，使得尾部受到渦流中 心低壓區(qū)的影響降低，從而降低氣動(dòng)阻力，而非光滑表面模型改善了模型的尾流，進(jìn)而使得 氣流流經(jīng)模型尾部時(shí)能量耗散大幅度降低，因此湍動(dòng)能也對(duì)應(yīng)減小。所述噴射裝置實(shí)現(xiàn)了 氣流的主動(dòng)控制，進(jìn)一步降低了氣流流過尾部時(shí)所消耗的能量，湍動(dòng)能進(jìn)一步減小，并且在 噴射裝置加裝位置處，低湍動(dòng)能區(qū)域面積較之其余兩者大。原車模型經(jīng)過非光滑和噴射裝 置后，能實(shí)現(xiàn)模型前后壓差的減小，降低能量的耗散，實(shí)現(xiàn)模型的二重減阻，本發(fā)明可以在 汽車行駛的過程中進(jìn)一步減小汽車車身的氣動(dòng)阻力，提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明氣動(dòng)優(yōu)化流程圖；
[0019] 圖2是凹坑型非光滑汽車氣動(dòng)阻力系數(shù)的Pareto圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明MIRA直背模型尾部速度流場(chǎng)示意圖；
[0021] 圖4是噴射裝置非光滑模型示意圖；
[0022] 圖5是三種模型縱向?qū)ΨQ面上的壓力云圖；
[0023] 圖6是三種模型尾部350mm處的壓力云圖；
[0024] 圖7是三種模型尾部350mm處平面上的湍動(dòng)能云圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面通過附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。應(yīng)該說明的是，不得將下述實(shí)施例解釋為 對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制。
[0026] 本發(fā)明氣動(dòng)優(yōu)化流程如圖1所示：一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻 方法，該方法在傳統(tǒng)的CFD優(yōu)化方法基礎(chǔ)上，結(jié)合了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，近似模型和優(yōu)化算法等現(xiàn)代 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距和縱向間 距為參數(shù)的凹坑型非光滑單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：
[0027] a.將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間 距L設(shè)置為設(shè)計(jì)變量，尋求各因素之間的最優(yōu)組合，以達(dá)到最大的減阻效果；
[0028] b.根據(jù)設(shè)計(jì)變量的取值范圍和數(shù)值類型，采用拉丁超立方抽樣方法選取30組樣 本點(diǎn)并進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到30組響應(yīng)值，如表1所示：
[0029] 表1 30組樣本點(diǎn)與計(jì)算結(jié)果
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，其特征在于：該方法在MIRA直 背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直徑、凹坑橫向間距和縱向間距為參數(shù)的凹坑型非光滑 單元，具體優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下： a. 將凹坑單元體直徑D、凹坑單元體深度S、凹坑單元體之間橫向間距W和縱向間距L 設(shè)置為設(shè)計(jì)變量； b. 采用拉丁超立方抽樣方法選取若干組樣本點(diǎn)進(jìn)行CFD模擬計(jì)算，得到各組的響應(yīng) 值，分析各設(shè)計(jì)變量對(duì)凹坑型非光滑表面汽車Cd值的影響關(guān)系； c. 根據(jù)設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系采用Kriging模型構(gòu)建近似模型； d. 檢驗(yàn)近似模型的擬合精度，在設(shè)計(jì)空間中選取試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案外的任意若干個(gè)試驗(yàn)點(diǎn) 進(jìn)行CFD仿真，并與Kriging模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比； e. 采用多島遺傳優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化求解； f. 將步驟e中獲得最優(yōu)解時(shí)的設(shè)計(jì)變量值重新建模進(jìn)行仿真分析計(jì)算，最終得出最優(yōu) 解； g. 使用步驟f中的最優(yōu)解對(duì)MIRA直背模型尾部端面的凹坑型非光滑表面進(jìn)行優(yōu)化，觀 察模型底部和側(cè)部的氣流匯合流動(dòng)形態(tài)和位置； h. 在氣流匯合中心區(qū)域設(shè)置噴射裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，其特征在 于：所述噴射裝置設(shè)置為圓形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，其特征在 于：所述噴射裝置的出口條件設(shè)置為速度入口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，其特征在 于：所述噴射裝置的噴射速度U設(shè)為7. 5-12. 5m/s。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非光滑表面與射流相結(jié)合的車身氣動(dòng)減阻方法，其特征在 于：所述噴射裝置設(shè)為渦流發(fā)射器。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104317994SQ201410548305
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】楊易, 劉政, 蔡圣康, 黃劍鋒 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)