商用车驾驶室造型设计论文范文

1原始导流罩方案分析

1.1计算域计算域入口距车前端4倍车长，出口距车厢后端8倍车长，计算域两侧侧壁距模型侧面均为4倍车宽，顶部距车厢顶部5倍车高［8］，如图2所示。

1.2网格划分商用车模型特征较复杂，计算域较大，为较好地控制网格数量与质量，在STAR-CCM+中，首先对商用车模型进行包面处理，然后对商用车模型和计算域分别进行重新构面以优化表面网格质量，保留了几乎所有原车特征，图3～图5所示为几处特征的面网格。最后将商用车模型和计算域组合在一起，划分体网格。本文中采用STAR-CCM+自身特有的切割体网格+三棱柱网格的混合网格方案，为兼顾网格质量与数量，并且考虑到模拟计算的精确性，对驾驶室、尾流、车身周围、车底、遮阳板、后视镜尾流和格栅附近区域等关键部位进行了体网格加密，如图6所示。同时仅在大表面处生成边界层网格。最终生成的体网格为11673452～12107931单元，如图7所示。

1.3数值计算假设空气为不可压缩流体，对商用车进行稳态数值模拟，湍流模型选择K-Omega模型，计算域入口为速度入口，u=30m/s;出口为压力出口，相对压强p=0;地面、计算域壁面均为滑移壁面，商用车模型边界为壁面。湍流强度和黏度保持软件默认值。一共迭代计算1500步，监测气动阻力系数CD值曲线。

1.4结果分析式中:D为空气阻力;A为整车正投影面积;v为车辆速度;ρ为空气密度。本文中一共设置5个分析方案———未加导流罩的整车(方案0，设为参考方案)和加装4款导流罩后的整车。最终由数值计算得到各方案的CD值。以未加导流罩的整车CD值为基准，表1列出各方案的相对CD值。结果表明，方案1和2导流罩有减阻效果，方案3和4导流罩却使气动阻力系数增加。方案2导流罩的减阻效果最好，方案4导流罩的减阻效果最差。

商用车行驶时，气流首先冲击驾驶室迎风面，然后气流分别向上、向下和向两侧流动。向上流向驾驶室顶部直到货厢顶部，向下流经底盘，向两侧的气流流经车辆侧壁。驾驶室导流罩的作用就是对向上流动的那部分气流进行引导，使其沿导流罩曲面平顺过渡到货厢顶部，尽可能地在货厢顶部附稳流动，同时减少气流对高出于驾驶室那部分货厢迎风面的冲击区域;而导流罩的侧壁则引导气流平顺过渡到货厢侧壁，在货厢侧壁附稳流动。未加装导流罩时，向上的气流会直接撞击在货厢迎风面的上沿区域，形成高压阻滞区。因此要减小气动阻力就得使这部分高压阻滞区尽可能的小。方案2相对于其他3个方案，其导流罩的高度和宽度均为最大，与货厢上沿高度相差不大，气流流过其上表面时能较平顺地过渡到货厢顶部;但是由于其侧壁曲线曲率未能与货厢侧壁之间形成相切过渡，因此仍有部分气流直接冲击货厢迎风面，形成阻滞区域。方案1中导流罩虽然与方案2高度相同，但上半部分更为狭窄，气流经导流罩侧壁引导有很大部分气流直接冲击货厢迎风面，形成较大阻滞区域，其减阻效果不如方案2。方案3和4，其导流罩高度明显低于货厢上沿，气流经过其引导之后，相比于无导流罩工况，反而有部分气流往下流动，直接冲击货厢迎风面，使高压阻滞区域更大，而且部分气流回流，在导流罩内和货厢顶部形成涡流，更增加了气动阻力。图8为货厢迎风面压力云图，图9为方案3和4的流线图。

2新导流罩方案设计与分析

2.1新导流罩设计前4款导流罩主要考虑了与货厢高度的匹配。对其进行数值模拟分析之后，总结驾驶室上方流场特性，并兼顾导流罩侧壁与货厢侧壁的过渡，重新设计一款更加符合流场特性的导流罩。为减少气流对货厢高出驾驶室部分迎风面的冲击，导流罩最好能引导气流直接过渡到货厢顶部和两侧。因此重新设计导流罩时，使导流罩上表面的曲面能与货厢顶部平面形成相切过渡，导流罩侧壁与货厢侧壁内切圆也要相切过渡。图10为新设计的导流罩方案。图11为导流罩与货厢表面相切过渡示意图。

2.2新导流罩CFD分析对新设计的导流罩进行数值模拟分析。与之前对4款导流罩方案进行分析的方法一样，最终得出其气动阻力系数值，并对其流场进行分析。表2为方案2和新方案相对原车CD值的对比。由表2可以明显看到，新设计的导流罩方案在原先减阻效果最好的方案2的基础上进一步明显改善，相比于未加装导流罩时气动阻力系数有17.6%的降低，非常可观。相比方案2，由于新的导流罩设计时考虑了与货厢上表面和两侧表面相切过渡，使货厢迎风面的高压阻滞区域进一步减小，如图12所示;气流过渡到货厢上表面和两侧壁面时没有阻碍，更加平顺，减少了货厢顶部湍流区域，改善了顶部湍流分布，靠近侧壁的高压阻滞区域也几乎消失，图13为中央对称面流线对比，图14为中央对称面湍流动能对比。

3结论

为某商用车设计与之匹配的导流罩。首先对比最初设计的4款导流罩方案，进行空气动力学数值模拟分析，找出其减阻效果最好的方案，并且总结各方案的流场特性，分析设计导流罩时应该遵循的原则和规律。然后在对4款方案分析总结的基础上，按照总结的设计原则与规律重新设计了一款导罩，新设计的导流罩上表面和侧表面与货厢上部及侧壁形成相切过渡。对新设计方案进行了CFD数值模拟分析，新设计的方案相比于无导流罩方案CD值降低17.6%，比原设计中方案2又降低10%。

作者：张英朝丁伟陈涛张志远邵书鑫单位：吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室一汽解放有限公司