电动客车车身设计与外流场分析(附件)【字数：10032】
摘 要随着科学技术的发展以及近年来人类环保意识的不断提高，面对能源危机所带来的环境问题，人们开始着力研发以电池为动力的电动车。但因为目前技术还没得到完善，电动车的电池依然有充电时间长，体积大等缺点存在，导致电动汽车空气动力性与续航能力受到很大的影响。根据上述所出现的现象，本课题以电动客车车身的设计以及外流场的分析作为主要研究内容，以国内某款电动客车车型为研究对象，分别设计出三款不同造型的车身模型，并利用UG软件画出所设计车身模型以及ANSYS的Fluent模块对其进行了外流场分析。经过对比分析选出最优车型并对其尺寸参数进行进一步探究，通过改变车身前挡风玻璃倾斜角度，圆角的大小，前围曲面曲率的数值，分析电动客车气动特性变化规律。最后运用控制变量法对以上三个变量分别进行了分析选择最适合本车型的参数，以此完成优化的目标。
目 录
第一章 课题背景与意义 1
1.1课题研究的背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 1
1.3课题研究的内容和目标 2
1.3.1研究的内容 2
1.3.2研究的目标 2
第二章 数值模拟的理论基础 3
2.1 数值模拟 3
2.2数值模拟的特点 3
2.3数值模拟法工程应用的一般流程 3
2.4数值模拟的计算方法 4
2.5网格的划分 4
2.6边界条件 5
第三章 车身的设计与空气动力学分析 6
3.1车身几何模型的建立 6
3.2车身外流场分析 9
3.2.1外流场分析软件Fluent 9
3.2.2计算模型的基本假设 9
3.2.3设置适当的边界条件 10
3.2.4计算结果的对比与分析 11
第四章 改变局部特征进行空气动力性优化 15
4.1过渡圆 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
角的大小对/值的影响 15
4.2车窗曲面的倾斜角度对/值的影响 16
4.3前围曲率大小对/值的影响 17
第五章 全文总结 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献： 22
附录A 23
第一章 课题背景与意义
1.1课题研究的背景
在当今世界，国际油价还在持续的增加，导致燃油成本如此之高的情况下可能产生能源危机。于是世界各地开始投入大量的资金推动电动汽车的发展以尽量减少能源危机对汽车产业带来的影响[1]。然而车辆的操作稳定性及燃油经济性都跟本身的空气动力特性紧紧相关。车身的设计与制造不仅影响汽车的造型是否美观，而且同样影响本身的空气动力性能是否能达到一个好的标准。在以往，对汽车进行流场分析只能够采用风洞实验，但目前在我国能够进行此项实验的设备较少，并且运行成本高。现如今，由于有限元分析技术的发展以及相应软件的开发对汽车车身设计的流场分析取得了很好的效果。所以在当今世界，世界各个汽车企业已经将车身设计作为市场竞争中的关键点[2][3]。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
目前研究汽车空气动力特性的主要方法包括风洞实验法，道路实验法及数值模拟法。而世界上大型的汽车制造厂家及研究中心都具备专门的汽车风洞，目的是为了研究汽车的动力学提供相应的条件[4]。由于计算数学算法技术以及湍流理论研究的不断进步，数值模拟法中的CFD(计算流体动力学)是目前分析车身外流场的重要方法。CFD应用于汽车方面主要是从1970年后开始，当时主要集中在欧美各大汽车生产厂家。因为CDF所创立的是虚拟的汽车风洞，所以前期必须投入资金进行开发相关的流体分析软件来支撑CFD后续的发展，流体力学鼻祖英国帝国理工大学在这方面走在最前列，最初所开发的STARCD已经成为当下流行的一款大型商业软件。而美国凭借航空航天局NASA目前在空间方面相对于其他国家有着绝对优势的地位，随后相继开发了Fluent，CFX,PowerFLOW等一大批CFD软件，在民用CFD领域中也有着举足轻重的作用。
1.2.2国内研究现状
在我国的汽车发展过程中，因为起步的时间晚，技术和人才方面远落后于其他欧美国家。自二十世纪九十年代开始，我国的三大主要汽车产商一汽，东风，上汽都与国外的汽车巨头签署合资协议，希望能用市场换技术的形式来实现汽车工业的发展甚至赶超。但是，从目前的情况来看，虽然汽车行业得到了发展，但远不及赶超其他国家。在看到消极方面的同时，国内的汽车行业发展也有积极的一面。2006年，湖南大学的谷正气教授等人为了使实验的准确度更高，在研究的新概念车外流场数值仿真的过程中加入了对地面移动边界条件和轮胎转动对流场的影响方面的思考，所得出的研究结果阐述了新概念车身为何存在低阻气动特性问题的原因。吉林大学的傅立敏教授在国家的科学基金的赞助下，对汽车空气动力学进行了研究，发表了许多相关的书籍，论文，培养了许多汽车空气动力学领域的人才。同济大学中的海归教授杨志刚建立了我国高校里数一数二的汽车风洞[5]。
1.3课题研究的内容和目标
1.3.1研究的内容
本课题基于对方基调车身，楔形方基调车身，圆基调车身的空气动力性能进行仿真的基础上，对最优的车型进行尺寸优化。通过改变局部尺寸参数，分析车辆前部风扇玻璃倾斜角度对车身空气动力性能的影响，并分析了变化的原因。按照相同的方法分析前围曲面尺寸变化和过渡圆角的大小对其空气动力性能产生的影响。利用数值模拟方法验证以及网格划分之后，通过外流场仿真分析简化后的车身模型，通过仿真结果分析其空气动力学特性。最后，通过控制变量法对每组数据进行比较，选择每组数据的最优值得到最终方案，并通过数值模拟方法对气动特性进行分析。利用ANSYS软件Fluent对车身进行仿真，计算出其Cd值和Cl值，通过对不同组间计算结果的分析和比较，得出最佳的解决方案。
目 录
第一章 课题背景与意义 1
1.1课题研究的背景 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 1
1.3课题研究的内容和目标 2
1.3.1研究的内容 2
1.3.2研究的目标 2
第二章 数值模拟的理论基础 3
2.1 数值模拟 3
2.2数值模拟的特点 3
2.3数值模拟法工程应用的一般流程 3
2.4数值模拟的计算方法 4
2.5网格的划分 4
2.6边界条件 5
第三章 车身的设计与空气动力学分析 6
3.1车身几何模型的建立 6
3.2车身外流场分析 9
3.2.1外流场分析软件Fluent 9
3.2.2计算模型的基本假设 9
3.2.3设置适当的边界条件 10
3.2.4计算结果的对比与分析 11
第四章 改变局部特征进行空气动力性优化 15
4.1过渡圆 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
角的大小对/值的影响 15
4.2车窗曲面的倾斜角度对/值的影响 16
4.3前围曲率大小对/值的影响 17
第五章 全文总结 19
结束语 20
致 谢 21
参考文献： 22
附录A 23
第一章 课题背景与意义
1.1课题研究的背景
在当今世界，国际油价还在持续的增加，导致燃油成本如此之高的情况下可能产生能源危机。于是世界各地开始投入大量的资金推动电动汽车的发展以尽量减少能源危机对汽车产业带来的影响[1]。然而车辆的操作稳定性及燃油经济性都跟本身的空气动力特性紧紧相关。车身的设计与制造不仅影响汽车的造型是否美观，而且同样影响本身的空气动力性能是否能达到一个好的标准。在以往，对汽车进行流场分析只能够采用风洞实验，但目前在我国能够进行此项实验的设备较少，并且运行成本高。现如今，由于有限元分析技术的发展以及相应软件的开发对汽车车身设计的流场分析取得了很好的效果。所以在当今世界，世界各个汽车企业已经将车身设计作为市场竞争中的关键点[2][3]。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
目前研究汽车空气动力特性的主要方法包括风洞实验法，道路实验法及数值模拟法。而世界上大型的汽车制造厂家及研究中心都具备专门的汽车风洞，目的是为了研究汽车的动力学提供相应的条件[4]。由于计算数学算法技术以及湍流理论研究的不断进步，数值模拟法中的CFD(计算流体动力学)是目前分析车身外流场的重要方法。CFD应用于汽车方面主要是从1970年后开始，当时主要集中在欧美各大汽车生产厂家。因为CDF所创立的是虚拟的汽车风洞，所以前期必须投入资金进行开发相关的流体分析软件来支撑CFD后续的发展，流体力学鼻祖英国帝国理工大学在这方面走在最前列，最初所开发的STARCD已经成为当下流行的一款大型商业软件。而美国凭借航空航天局NASA目前在空间方面相对于其他国家有着绝对优势的地位，随后相继开发了Fluent，CFX,PowerFLOW等一大批CFD软件，在民用CFD领域中也有着举足轻重的作用。
1.2.2国内研究现状
在我国的汽车发展过程中，因为起步的时间晚，技术和人才方面远落后于其他欧美国家。自二十世纪九十年代开始，我国的三大主要汽车产商一汽，东风，上汽都与国外的汽车巨头签署合资协议，希望能用市场换技术的形式来实现汽车工业的发展甚至赶超。但是，从目前的情况来看，虽然汽车行业得到了发展，但远不及赶超其他国家。在看到消极方面的同时，国内的汽车行业发展也有积极的一面。2006年，湖南大学的谷正气教授等人为了使实验的准确度更高，在研究的新概念车外流场数值仿真的过程中加入了对地面移动边界条件和轮胎转动对流场的影响方面的思考，所得出的研究结果阐述了新概念车身为何存在低阻气动特性问题的原因。吉林大学的傅立敏教授在国家的科学基金的赞助下，对汽车空气动力学进行了研究，发表了许多相关的书籍，论文，培养了许多汽车空气动力学领域的人才。同济大学中的海归教授杨志刚建立了我国高校里数一数二的汽车风洞[5]。
1.3课题研究的内容和目标
1.3.1研究的内容
本课题基于对方基调车身，楔形方基调车身，圆基调车身的空气动力性能进行仿真的基础上，对最优的车型进行尺寸优化。通过改变局部尺寸参数，分析车辆前部风扇玻璃倾斜角度对车身空气动力性能的影响，并分析了变化的原因。按照相同的方法分析前围曲面尺寸变化和过渡圆角的大小对其空气动力性能产生的影响。利用数值模拟方法验证以及网格划分之后，通过外流场仿真分析简化后的车身模型，通过仿真结果分析其空气动力学特性。最后，通过控制变量法对每组数据进行比较，选择每组数据的最优值得到最终方案，并通过数值模拟方法对气动特性进行分析。利用ANSYS软件Fluent对车身进行仿真，计算出其Cd值和Cl值，通过对不同组间计算结果的分析和比较，得出最佳的解决方案。
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