非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法

非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法
【专利摘要】本发明公开了一种非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法,包括以下步骤：设置设计变量；根据设计变量的取值范围和数值类型，分析各设计变量对凹坑型非光滑表面汽车Cd值的影响关系；构建近似模型；检验近似模型的拟合精度，选取试验点进行CFD仿真，并与Kriging模型的计算结果进行对比；采用多岛遗传优化算法，获得最优解时的设计变量值重新建模进行仿真分析计算，采用最优解进行优化，观察模型底部和侧部的气流汇合流动形态和位置；在气流汇合中心区域设置喷射装置。本发明可以在汽车行驶的过程中降低能量的耗散，实现模型的二重减阻，进一步减小汽车车身的气动阻力，提高汽车的动力性和燃油经济性。
【专利说明】非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车车身非光滑表面设计【技术领域】，具体涉及一种非光滑表面与射流 相结合的车身气动减阻方法。

【背景技术】
[0002] 车身气动阻力直接影响汽车的动力性和燃油经济性，当汽车车速超过60km/h时， 用于克服空气阻力的功率和燃油消耗占行驶总功率和燃油消耗的30% -40%。因此，降低 车身空气阻力意味着整车燃油经济性与动力性均得到有效改善，是促进车辆节能环保的重 要途径。近年来，仿生非光滑表面减阻成为减阻研究的热门课题并得到迅速发展，国内外的 非光滑表面减阻也取得了较为显著的成效，但是还不能满足市场的需求，随着研究的深入， 更先进有效的减阻方法还需不断研究和探索。


【发明内容】

[0003] 为了更加有效地减小汽车行驶中的空气阻力，并克服现有方案的不足，本发明提 供了一种非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，该方法能在汽车行驶过程中，尤 其是高速行驶过程中有效减小空气阻力，改善汽车的动力性和燃油经济性。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非光滑表面与射流相结合的车 身气动减阻方法，该方法在MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直径、凹坑横向间距 和纵向间距为参数的凹坑型非光滑单元，具体优化设计步骤如下：
[0005] a.将凹坑单元体直径D、凹坑单元体深度S、凹坑单元体之间横向间距W和纵向间 距L设置为设计变量；
[0006] b.采用拉丁超立方抽样方法选取若干组样本点进行CFD模拟计算，得到各组的响 应值，分析各设计变量对凹坑型非光滑表面汽车Cd值的影响关系；
[0007] C.根据设计变量和优化目标之间的响应关系采用Kriging模型构建近似模型； [0008]d.检验近似模型的拟合精度，在设计空间中选取试验设计方案外的任意若干个试 验点进行CFD仿真，并与Kriging模型的计算结果进行对比；
[0009]e.采用多岛遗传优化算法进行优化求解；
[0010]f.将步骤e中获得最优解时的设计变量值重新建模进行仿真分析计算，最终得出 最优解；
[0011] g.使用步骤f中的最优解对MIRA直背模型尾部端面的凹坑型非光滑表面进行优 化，观察模型底部和侧部的气流汇合流动形态和位置；
[0012] h.在气流汇合中心区域设置喷射装置。
[0013] 进一步，所述喷射装置设置为圆形。
[0014] 进一步，所述喷射装置的出口条件设置为速度入口。
[0015] 进一步，所述喷射装置的喷射速度U设为7. 5-12. 5m/s。
[0016] 进一步，所述喷射装置设为涡流发射器。
[0017] 本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种非光滑表面与射流相结合的车身气 动减阻方法，非光滑优化模型较之光滑模型，尾部负压明显减小，而加装喷射装置的非光滑 模型较之非光滑优化模型，尾部负压进一步减小。尾部低压区的减小，使得尾部受到涡流中 心低压区的影响降低，从而降低气动阻力，而非光滑表面模型改善了模型的尾流，进而使得 气流流经模型尾部时能量耗散大幅度降低，因此湍动能也对应减小。所述喷射装置实现了 气流的主动控制，进一步降低了气流流过尾部时所消耗的能量，湍动能进一步减小，并且在 喷射装置加装位置处，低湍动能区域面积较之其余两者大。原车模型经过非光滑和喷射装 置后，能实现模型前后压差的减小，降低能量的耗散，实现模型的二重减阻，本发明可以在 汽车行驶的过程中进一步减小汽车车身的气动阻力，提高汽车的动力性和燃油经济性。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1是本发明气动优化流程图；
[0019] 图2是凹坑型非光滑汽车气动阻力系数的Pareto图；
[0020] 图3是本发明MIRA直背模型尾部速度流场示意图；
[0021] 图4是喷射装置非光滑模型示意图；
[0022] 图5是三种模型纵向对称面上的压力云图；
[0023] 图6是三种模型尾部350mm处的压力云图；
[0024] 图7是三种模型尾部350mm处平面上的湍动能云图。

【具体实施方式】
[0025] 下面通过附图对本发明作进一步阐述。应该说明的是，不得将下述实施例解释为 对本
【发明内容】
的限制。
[0026] 本发明气动优化流程如图1所示：一种非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻 方法，该方法在传统的CFD优化方法基础上，结合了试验设计，近似模型和优化算法等现代 优化设计方法，在MIRA直背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直径、凹坑横向间距和纵向间 距为参数的凹坑型非光滑单元，具体优化设计步骤如下：
[0027] a.将凹坑单元体直径D、凹坑单元体深度S、凹坑单元体之间横向间距W和纵向间 距L设置为设计变量，寻求各因素之间的最优组合，以达到最大的减阻效果；
[0028] b.根据设计变量的取值范围和数值类型，采用拉丁超立方抽样方法选取30组样 本点并进行CFD模拟计算，得到30组响应值，如表1所示：
[0029] 表1 30组样本点与计算结果
[0030]

【权利要求】
1. 一种非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，其特征在于：该方法在MIRA直 背模型尾部引入以凹坑深度、凹坑直径、凹坑横向间距和纵向间距为参数的凹坑型非光滑 单元，具体优化设计步骤如下： a. 将凹坑单元体直径D、凹坑单元体深度S、凹坑单元体之间横向间距W和纵向间距L 设置为设计变量； b. 采用拉丁超立方抽样方法选取若干组样本点进行CFD模拟计算，得到各组的响应 值，分析各设计变量对凹坑型非光滑表面汽车Cd值的影响关系； c. 根据设计变量和优化目标之间的响应关系采用Kriging模型构建近似模型； d. 检验近似模型的拟合精度，在设计空间中选取试验设计方案外的任意若干个试验点 进行CFD仿真，并与Kriging模型的计算结果进行对比； e. 采用多岛遗传优化算法进行优化求解； f. 将步骤e中获得最优解时的设计变量值重新建模进行仿真分析计算，最终得出最优 解； g. 使用步骤f中的最优解对MIRA直背模型尾部端面的凹坑型非光滑表面进行优化，观 察模型底部和侧部的气流汇合流动形态和位置； h. 在气流汇合中心区域设置喷射装置。
2. 根据权利要求1所述的非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，其特征在 于：所述喷射装置设置为圆形。
3. 根据权利要求1所述的非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，其特征在 于：所述喷射装置的出口条件设置为速度入口。
4. 根据权利要求1所述的非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，其特征在 于：所述喷射装置的喷射速度U设为7. 5-12. 5m/s。
5. 根据权利要求1所述的非光滑表面与射流相结合的车身气动减阻方法，其特征在 于：所述喷射装置设为涡流发射器。
【文档编号】G06F17/50GK104317994SQ201410548305
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】杨易, 刘政, 蔡圣康, 黄剑锋 申请人:湖南大学