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汽车空气动力学轮辋对比分析软件对比设计

汽车空气动力学轮辋对比分析软件对比设计

时间:2021-11-20 来源:网络整理 作者:汽车改装网
导读:要:轮辋是汽车的高速旋转部件,实际行驶过程中对汽车空气动力学性能有显著影响。汽车空气动力学开发工作,不仅包含造型设计部分的上车体风阻优化,其对汽车底盘布置、套件的开发及优化也尤为重要[1]。目前,基于仿真软件针对车轮轮辋对整车气动阻力造成影响的研究开展有限。采用轮胎轮辋MRF计算域的速度设置方法时Cd结果会较另外两种方法偏大。

摘要:轮辋是汽车的高速旋转部件,在实际行驶过程中对汽车的空气动力性能有显着影响。然而,目前的测试和仿真方法在轮辋的研究方法上存在一定的不足。比较不同形式的汽车轮辋,设置不同轮胎轮辋速度边界条件的计算结果,对轮辋的仿真和研究具有一定的参考意义。对不同的轮辋内外开口面积、轮辋形状、款式、不同开口数等多种轮辋形状进行仿真分析,采用非旋转轮胎、轮胎设置切线速度、和 MRF(旋转坐标系)。对边界条件进行了比较和分析,

汽车空气动力学的发展不仅包括造型设计部分的上身抗风能力的优化,对于汽车底盘和套件的布局开发和优化也尤为重要[1]。在汽车高速行驶过程中汽车轮毂计算器,仅由车轮引起的气动阻力损失就占整车气动阻力损失的30%左右[2],而轮辋的形式,如内圈等。而轮辋的外开口面积、轮辋的形状、款式、不同开口的数量等因素都会影响车辆的空气动力学特性[3~6]。因此汽车轮毂计算器,如何在满足工程可行性和保证美观的前提下,合理设计轮辋和辐条形式,使其具有良好的空气动力学特性,对降低车辆风阻、节能减排、增加续航里程具有重要意义。.

目前,基于仿真软件对轮辋对车辆气动阻力影响的研究较少。本文采用数值模拟方法[7],在电动汽车低空气动力学开发过程中,利用STAR-CCM+分析软件,研究各种汽车轮辋形式对车辆空气动力学阻力的影响。旋转、轮胎设置切向速度和MRF(旋转坐标系)三种速度边界条件设置方法对结果的影响进行了对比分析。

1 模型建立

1.1 几何模型

车轮造型来自电动汽车。尾翼、前轮扰流板、下护板等空气动力学套件齐全,轮胎型号为2225/45/R18。总共分析了18个不同的轮辋,轮胎型号相同。有六种轮辋形状,见表 1 和图 1。

上述每种类型的轮辋分别对应540 cm²、340 cm²和140 cm²三个开口面积,因此本次仿真分析有6×3=18个轮辋模型。

1.2 边界条件

计算域的入口边界为速度入口,入口速度为 120kph,出口为 0Pa 压力出口,其他 4 个周边曲面设置为滑移壁边界条件 [8]。车轮转动时的角速度为103rad/s,与风速相匹配。为了比较不同车轮边界条件设置方法导致的计算结果差异,对每个轮胎轮辋模型使用了轮胎壁面固定、壁面局部旋转率和MRF旋转坐标。系统方法,有三种设置边界条件的方法。

在为轮胎轮辋建立 MRF 计算区域时,需要将轮辋与制动盘、车桥等部件分离。因此,为了保持分析模型状态的一致性,在轮胎不旋转和轮胎设定切线速度的边界条件下,模型相同 使用相同的断开制动盘的方法(如2)。

1.3 物理模型

本次分析采用分析软件STAR CCM++,采用不可压缩稳态计算。湍流模型使用 RNG κ-ε。

2 计算结果对比分析

2.1 不同车轮转动模拟设置方法的结果对比

不同的车轮旋转模拟设置方法,当开口面积为340cm²时,计算出的C轮辋阻力系数如下图3所示。MRF计算方法的结果比其他两种方法的结果都大,壁面和旋转的结果也有相似的趋势。

在340cm²开孔面积的C rim的模拟中,wall、rotation和MRF的设置方法如下表所示。

从结果可以看出,由于采用MRF的计算方法,轮胎和轮辋承受的压力较大,旋转剪力最小。轮胎和轮辋的表面速度云图如图4所示。轮辋的表面速度高于其他两种方法。这样,在轮胎复杂的气流扰动区能量损失会增加,所以阻力系数比较大。

2.2 不同轮辋方案计算Cd对比

不同轮辋形式的模拟 Cd 结果比较如下图 5 所示。两种常见的开口轮辋A和B在不同的设置条件下具有相同的规则,阻力系数随着轮辋开口面积的减小而减小。

当外开孔面积变小时,旋转法的结果还是一致的,但是wall和MRF的计算方法会有不同的规律。因此,在通过模拟方法选择低阻轮辋时,建议使用旋转法。与其他两种方法相比,该方法的结果趋势更加明显。

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