Βελτίωση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς του επιβατικού αυτοκινήτου με τη χρήση συνδυασμού εξαερισμού τάφρου και βυθού

Μοντέλα οχημάτων

Η αριθμητική ανάλυση της τρέχουσας έρευνας πραγματοποιείται με χρήση του Ansys. Οι διαστάσεις εισόδου του εξεταζόμενου δείγματος ανίχνευσης LR είναι \(4.835\mathrm{ m}\), \(1.887 \, \mathrm{ m}\), \(1.915 \, \mathrm{ m}\)και \(2,51 \, \mathrm{ m}\) αντίστοιχα για το μήκος, το ύψος, το πλάτος χωρίς καθρέφτες και το μεταξόνιο, όπως φαίνεται στο σχ. 1, το οποίο δείχνει το 3-D του υπό εξέταση δείγματος.

Φιγούρα 1

Η αρχική σχεδίαση του LR Discovery.

Αυτή η μελέτη πρότεινε διαφορετικά μοντέλα για τη βελτίωση της κάθετης δύναμης και τη μείωση \({CD}\). Ο αγωγός εξαερισμού, μία από τις θεωρούμενες τροποποιήσεις κατά μήκος του οχήματος LR, φαίνεται στο σχ. 2 σε μπλε χρώμα. Αυτό το τροποποιημένο μοντέλο έχει την ίδια μετωπική επιφάνεια με το βασικό μοντέλο, η οποία είναι 3.144 m2. Τα οφέλη αυτής της αλλαγής οδηγούν σε μείωση \({CD}\), μειώνοντας τις δίνες πίσω από το όχημα και ψύχοντας τον κινητήρα. Ο σχεδιασμός του καναλιού γίνεται προσεκτικά για να αποφευχθεί το φαινόμενο χωρητικότητας. για το λόγο αυτό, οι διαστάσεις του καναλιού αλλάζουν μαζί με το αυτοκίνητο. Το μέγεθος του καναλιού είναι \(0,228 \, {\mathrm{m}}^{2}\) (1,11 m × 0,205 m) στην είσοδο στη συνέχεια μειώνεται σε \(0,099 \, {\mathrm{m}}^{2}\) (0,492 m × 0,203 m) στο κέντρο και γύρω \(0,06 \, {\mathrm{m}}^{2}\) (1,11 m × 0,054 m) στο τέλος του αυτοκινήτου.

Σχήμα 2
Σχήμα 2

Δείχνει το κανάλι αερισμού (-ένας) το πλευρικό εμβαδόν διατομής, (σι) εμπρόσθια όψη, (ντο) φαίνεται από πίσω.

Η δεύτερη τροποποίηση που δοκιμάστηκε σε αυτό το έγγραφο φαίνεται στο Σχ. 3 σε μπλε χρώμα, αυτή η τεχνική είναι σημαντική για τη σταθερότητα του οχήματος αυξάνοντας την πίεση στην οροφή για τη βελτίωση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς. Οι διαστάσεις της τροποποίησης οροφής επιλέγονται με βάση τις βέλτιστες συνθήκες για τη σχεδίαση του αυτοκινήτου και την αναμενόμενη αεροδυναμική συμπεριφορά. Το πλάτος της τροποποίησης της οροφής στην αρχή της κύριας στέγης είναι \(0,832\mathrm{ m}\) μετά πέφτει σε \(0,5\mathrm{m}\) και μένει \(1,183\mathrm{ m}\) στο τέλος της στέγης. Το βάθος αυτής της τροποποίησης είναι \(50\mathrm{ mm}\).

Εικόνα 3
σχήμα 3

Μοντέλο LR Discovery με τροποποιημένη οροφή (-ένας) φαίνεται από μπροστά και (σι) Προβολή ISO.

Η τάφρο στο μοντέλο οροφής έχει μικρότερη μπροστινή επιφάνεια από το βασικό μοντέλο \(0,025 {\mathrm{m}}^{2}\) (\(500\mathrm{ mm}\ επί 50\mathrm{ mm}\)), που σημαίνει 1/125,76 επειδή η μετωπική περιοχή του βασικού μοντέλου είναι \(3.011 {\mathrm{m}}^{2}\) ενώ για το μοντέλο της τάφρου είναι \(2.986 {\mathrm{m}}^{2}\). Επομένως, μπορούμε να παραμελήσουμε τη μείωση της επιφάνειας για να συγκρίνουμε το βασικό μοντέλο με το μοντέλο της τάφρου. Τα παρακάτω σχήματα απεικονίζουν την μπροστινή όψη αυτών των δύο μοντέλων.

Μια άλλη τροποποίηση είναι ένας συνδυασμός των δύο προηγούμενων τροποποιήσεων. Αυτές οι τροποποιήσεις μπορούν ενδεχομένως να δημιουργήσουν χαμηλότερη οπισθέλκουσα και υψηλότερη κάθετη δύναμη από το βασικό μοντέλο.

Τομέας υπολογισμού

Οι διαστάσεις του υπολογιστικού τομέα επιλέγονται με ακρίβεια για την αποφυγή των πιθανών επιπτώσεων των τοίχων και οι διαστάσεις είναι \(44.835\mathrm{ m}\), \(9\mathrm{ m}\)και \(13.915\mathrm{ m}\) για το μήκος, το ύψος και το πλάτος. Επιπλέον, οι διαστάσεις της φροντίδας \(4.835\mathrm{ m}\), \(1.915\mathrm{ m}\)και \(1.887\mathrm{ m}\) για το μήκος, το ύψος και το πλάτος. Συνεπώς, οι διαστάσεις της περιοχής συμπίεσης είναι αρκετά μεγάλες για να απαλλαγούμε από την επίδραση των τοίχων και να αποτυπώσουμε τη σημαντική φυσική, ειδικά πίσω από το αυτοκίνητο, όπου οι δίνες καταλαμβάνουν μεγάλη επιφάνεια, όπως φαίνεται στο σχ. 4.

Εικόνα 4
σχήμα 4

Ο υπολογιστικός τομέας με διαστάσεις.

Εικόνα 5
σχήμα 5

Διχτυωτό με ένα κουτί ελέγχου έντασης (VCB) γύρω από το αυτοκίνητο.

Εικόνα 6
σχήμα 6

Τρεις VCB γύρω από το αυτοκίνητο.

Εικόνα 7
σχήμα 7

Πλέγμα με τρία VCB γύρω από το αυτοκίνητο.

Εικόνα 8
εικόνα 8

Πέντε στρώματα φουσκώματος τρέχουν στη σειρά γύρω από το αυτοκίνητο και πάνω από το δρόμο.

Αριθμητικά πλέγματα

Η ακρίβεια της προσομοίωσης εξαρτάται από την ποιότητα του πλέγματος. Ο υπολογιστικός τομέας έχει χωριστεί σε τρία επίπεδα ανάλογα με την παραλλαγή της φυσικής: η περιοχή κοντά στο αυτοκίνητο, η οποία περιλαμβάνει μια τεράστια παραλλαγή φυσικής, πρέπει να είναι ομαλή και αρκετά λεπτή για να καταγράψει τη φυσική. Καθώς απομακρυνόμαστε από το αυτοκίνητο, η διακύμανση της φυσικής γίνεται μικρότερη, έτσι τα κελιά του πλέγματος γίνονται ελαφρώς μεγαλύτερα στο στρώμα 2. Καθώς προχωράμε πιο πέρα, η διακύμανση της φυσικής γίνεται ακόμη μικρότερη και το πλέγμα που απαιτείται για την καταγραφή της φυσικής σε αυτήν την περιοχή γίνεται πιο χοντρό. όπως φαίνεται στο Σχ. 5, 6, 7 και 8. Το Meshing είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα στο σχεδιασμό και την ανάλυση και αυτό το βήμα γίνεται χρησιμοποιώντας το Ansys.

Είναι σημαντικό να ελέγξετε την εξάρτηση του πλέγματος πριν από την ανάλυση για να επιλέξετε μικρότερο αριθμό κελιών όπου τα αποτελέσματα θα είναι ανεξάρτητα από την αλλαγή κελιών. Αυτή η τεχνική είναι πολύ σημαντική για να έχετε ακριβή αποτελέσματα με λιγότερο χρόνο. Έχει επιτευχθεί μια ολοκληρωμένη μελέτη για την επιλογή του κατάλληλου αριθμού στοιχείων, ο οποίος ήταν 13 × 106 στοιχεία. Επιπλέον, η μέγιστη λοξότητα των τυπικών ματιών ήταν 0,897066 και η ελάχιστη ορθογώνια ποιότητα ήταν 0,012722. y+ για κάθε διαμόρφωση του αυτοκινήτου Discovery έχει μια πραγματική τάξη μεγέθους ανάλογα με την τοποθεσία. Το σχήμα 9 απεικονίζει το y+ για το τροποποιημένο μοντέλο οροφής του αυτοκινήτου Discovery. Η χρήση ενός μοντέλου στροβιλισμού με συνάρτηση τοίχου είναι η καλύτερη επιλογή όσον αφορά αυτούς τους αριθμούς του y+.

Εικόνα 9
σχήμα 9

y+ στην τροποποιημένη επιφάνεια του μοντέλου οροφής.

Οριακές συνθήκες

Σε αυτή την εργασία, από το μπροστινό μέρος του υπολογιστικού τομέα, ομοιόμορφοι ρυθμοί εισροής \(28\), \(34\)και \(40\mathrm{ m}/\mathrm{s}\) είχαν χρησιμοποιήθει. Πυκνότητα αέρα (\(\rho\)) είναι \(1,225\mathrm{ kg}/{\mathrm{m}}^{3}\). αριθμοί Reynolds (\(Σχετικά με\)) του συστήματος ήταν 9 × 10611 × 106και 13 × 106 για τις προαναφερθείσες ταχύτητες ή Πειραματικές δοκιμές για το βασικό μοντέλο του αυτοκινήτου Discovery πραγματοποιήθηκαν σε αεροδυναμική σήραγγα MIRA στο Ηνωμένο Βασίλειο26,27. Το αυτοκίνητο Discovery και όλα τα ελαστικά του ήταν ακίνητα μέσα στην αεροδυναμική σήραγγα MIRA. Η σταθερή διαδρομή κάτω από το όχημα χρησιμοποιείται στην αριθμητική προσομοίωση, όπως και η πειραματική δοκιμή που εκτελείται από την αεροδυναμική σήραγγα MIRA. Η ταχύτητα εισόδου του ρεύματος αέρα ήταν περίπου 28 m/s στο τμήμα εισόδου μιας αεροσήραγγας. Στην πειραματική δοκιμή, η ένταση αναταράξεων ήταν 2,65% στην είσοδο της αεροδυναμικής σήραγγας MIRA. Η ίδια ένταση αναταράξεων χρησιμοποιείται σε όλες τις αριθμητικές προσομοιώσεις. Δύο τύποι οριακών συνθηκών τοίχου για τα πλευρικά τοιχώματα και το άνω τοίχωμα του υπολογιστικού τομέα θα μπορούσαν να ήταν: (i) μη ολίσθηση και (ii) ακίνητα τοιχώματα. Ως αποτέλεσμα, οι αναλύσεις δεν επηρεάστηκαν αρνητικά επειδή τα εξωτερικά τοιχώματα της περιοχής ήταν πανομοιότυπα. Τα ελαστικά του αυτοκινήτου ήταν όλα ακίνητα, ανάλογα με το μοντέλο αεροδυναμικής σήραγγας. Για να βελτιστοποιηθεί ο σχεδιασμός και το πλέγμα, η επιφάνεια του υποστρώματος έγινε επίπεδη.

Διακριτικοποίηση και αριθμητική ρύθμιση

Η αντίθετη προσέγγιση δεύτερης τάξης έχει χρησιμοποιηθεί για την ορμή, την τυρβώδη κινητική ενέργεια και τον τυρβώδη ρυθμό διασποράς. Επίσης ως προς τη χωρική διακριτοποίηση χρησιμοποιήθηκε για πίεση. Ο συντελεστής χαλάρωσης ορίστηκε στο 0,25. Τα τέσσερα μοντέλα αναταράξεων που χρησιμοποιήθηκαν για αυτήν την έρευνα ήταν υλοποιήσιμα κ\(\varepsilon\)πρότυπο κ\(\ωμέγα\)μεταφορά διατμητικής τάσης κ\(\ωμέγα\) (SST) και ένα μοντέλο στρες Reynolds (RSM). Οι περισσότεροι προηγούμενοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει αυτά τα μοντέλα για να διερευνήσουν την απόδοση του οχήματος και θα οδηγούσαν σε έναν αποδεκτό χρόνο επεξεργασίας. Σε αυτήν τη μελέτη, οι δύο παρακάτω τύποι χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των συντελεστών οπισθέλκουσας και ανύψωσης:

$${C}_{D}=\frac{{F}_{D}}{\left(\rho {V}^{2} A\right)/2}$$

$${C}_{L}=\frac{{F}_{L}}{\left(\rho {V}^{2} A\right)/2}$$

\({F}_{D}\) αντιπροσωπεύει τη δύναμη έλξης (\(\mathrm{N}\)), \({F}_{L}\) αντιπροσωπεύει τη δύναμη ανύψωσης (\(\mathrm{N}\)), \(\rho\) είναι η πυκνότητα του αέρα (\(\mathrm{kg}/{\mathrm{m}}^{3}\)), \(V\) αντιπροσωπεύει την αρχική ταχύτητα αέρα (\(\mathrm{m}/\mathrm{s}\)), και το Α αντιπροσωπεύει την περιοχή μετωπικής διατομής του αυτοκινήτου (\({\mathrm{m}}^{2}\)).

Ρύθμιση μοντέλου αυτοκινήτου

Το ANSYS 16.0 χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση του παραπάνω μοντέλου πλήρους κλίμακας. Ο τομέας λύσης, που δημιουργήθηκε στο ANSYS Meshing (έκδοση 16.0), αποτελούνταν από τον παγκόσμιο τομέα και τρία VCB γύρω από το αυτοκίνητο. Σε όλη την περιοχή, έχουν χρησιμοποιηθεί ακανόνιστα τετραεδρικά κύτταρα. Τα προφίλ ταχύτητας γύρω από τις επιφάνειες του αυτοκινήτου υπολογίστηκαν με ακρίβεια χρησιμοποιώντας πέντε στρώματα φουσκώματος με πρισματικές κυψέλες. Το πραγματικό μοντέλο του αυτοκινήτου και το μοντέλο που χρησιμοποιείται στην προσομοίωση έχουν διαφορετικές παραλλαγές. Πλαϊνοί καθρέφτες, περιστρεφόμενοι τροχοί και μια σειρά από περίπλοκα γεωμετρικά κομμάτια κάτω από το αυτοκίνητο είναι όλα παρόντα σε ένα πραγματικό αυτοκίνητο. Τα ελαστικά στο μοντέλο προσομοίωσης ήταν εντελώς σταθερά, όπως και στο μοντέλο αεροδυναμικής σήραγγας. Για να μειωθεί τόσο η γεωμετρία όσο και το πλέγμα, χρησιμοποιήθηκε μια επίπεδη επιφάνεια για το μοντέλο προσομοίωσης. Οι υποθέσεις για πραγματικά, πειραματικά και αριθμητικά μοντέλα παρατίθενται στον Πίνακα 1.

Πίνακας 1 Οι προϋποθέσεις για τις κύριες προϋποθέσεις.

Leave a Comment