吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 1786-1794.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180403

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汽车涉水车身表面污染仿真及控制

辛俐1(),兰巍2,刘江1,万沁林1,郭鹏1,胡兴军2(),肖阳2   

  1. 1. 吉林大学 汽车工程学院,长春 130022
    2. 吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130022
  • 收稿日期:2018-04-26 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 胡兴军 E-mail:xinli1126@163.com;hxj@jlu.edu.cn
  • 作者简介:辛俐(1991-),女,博士研究生. 研究方向:汽车空气动力学.E-mail:xinli1126@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(50805062);吉林省重大科技支撑计划项目(20096005);吉林大学研究生创新基金项目(419100202556)

Simulation and control of pollution on automobile body surface during wading

Li XIN1(),Wei LAN2,Jiang LIU1,Qin-lin WAN1,Peng GUO1,Xing-jun HU2(),Yang XIAO2   

  1. 1. College of Automotive Engineering, Jilin University, Changchun 130022, China
    2. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China
  • Received:2018-04-26 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Xing-jun HU E-mail:xinli1126@163.com;hxj@jlu.edu.cn

摘要:

针对汽车涉水时车身表面污染的问题,选取改型方背式米拉模型为研究对象,利用DPM离散相模型和欧拉壁面液膜模型相结合,得到液滴运动的轨迹和车身表面污染的分布,并分析车身表面污染产生的机理。在原模型基础上,提出增加车尾底部扰流板、车尾顶部导流片和轮罩护板3种改良方案,以此改变流场结构从而改变液滴的运动轨迹,减轻车身表面污染程度。仿真结果表明:车尾顶部导流片能够较好地控制气流走向,从而减弱特定区域污染程度;底部扰流板改变了尾流形状,减小车身背部污染面积;轮罩护板减少轮腔中飞出的液滴数,有效减少了车身侧壁污染。

关键词: 汽车空气动力学, 车轮溅水, DPM模型, 欧拉壁面液膜, 车身表面污染

Abstract:

This research aims to solve the problems of vehicle soiling during wading and a modified square-back MIRA model is selected as the research object. The discrete phase model and Eulerian wall film are used to obtain the droplet trajectory and vehicle surface pollution distribution and to analyze the mechanism of surface contamination. Based on the original model, three improvements were proposed, the bottom spoiler, top tail deflector and wheel house shield, to change the structure of the flow field so as to change the droplet trajectory and reduce the surface contamination of the vehicle body. Simulation results show that the top tail deflector can better control the flow direction, thereby reducing the degree of contamination in a specific area. The bottom spoiler changes the shape of the wake and reduces the contamination of the back surface. The wheel house shield reduces the number of droplets flying out of the wheel cavity, effectively reducing body side wall contamination.

Key words: automotive aerodynamics, wheel splash and spray, discrete phase model, eulerian wall film, vehicle soiling

中图分类号: 

  • U461.1

图1

米拉模型"

图2

标准方背式米拉模型和改型方背式米拉模型"

图3

车身周围和轮腔处的多面体网格"

图4

车身区域划分"

图5

改型方背式米拉模型车身表面污染图样"

表1

改型方背式米拉模型背部各区域R p值"

区域 污染像素数 总像素数 R p
Z 1 1 092 103 504 0.011
Z 2 45 316 169 803 0.267
Z 46 408 273 307 0.170
Y 1 1 138 103 503 0.011
Y 2 42 252 169 807 0.249
Y 43 390 273 310 0.159
H 1 16 399 131 438 0.125
H 2 12 547 46 734 0.268
H 3 3 425 25 953 0.132
H 44 455 305 036 0.146

图6

液滴轨迹整体视图"

图7

尾流区内液滴轨迹的翻卷"

图8

右后轮附近的液滴轨迹"

图9

纵向对称面内的流线图"

图10

z=0截面内速度矢量图和标量图"

图11

z=330 mm截面内速度矢量图和标量图"

图12

控制措施"

图13

增加车尾底部扰流板后的车身污染图样"

表2

增加车尾底部扰流板后的车身各区域R p值"

区域

污染

像素

总像

素数

改型R p 基础R p ΔR p ΔR p/%
Z 1 1 082 103 504 0.010 0.011 -0.000 -0.92
Z 2 35 877 169 803 0.211 0.267 -0.056 -20.83
Z 36 959 273 307 0.135 0.170 -0.035 -20.36
Y 1 1 147 103 503 0.011 0.011 0.000 0.79
Y 2 35 699 169 807 0.210 0.249 -0.039 -15.51
Y 36 846 273 310 0.135 0.159 -0.024 -15.09
H 1 6 038 131 438 0.046 0.125 -0.079 -63.18
H 2 11 092 46 734 0.237 0.268 -0.031 -11.60
H 3 1 021 25 953 0.039 0.132 -0.093 -70.19
H 26 881 305 036 0.088 0.146 -0.058 -39.53

图14

基础型和增加车尾底部扰流板后车尾速度分布"

图15

增加车尾顶部导流片后的车身污染图样"

表3

增加车尾顶部导流片后的车身各区域R p值"

区域

污染

像素

总像

素数

改型R p 基础R p ΔR p ΔR p/%
Z 1 1 423 103 504 0.014 0.011 0.003 30.31
Z 2 46 784 169 803 0.276 0.267 0.009 3.24
Z 48 207 273 307 0.176 0.170 0.006 3.88
Y 1 1 255 103 503 0.012 0.011 0.001 10.28
Y 2 45 434 169 807 0.268 0.249 0.019 7.53
Y 46 689 273 310 0.171 0.159 0.012 7.60
H 1 12 052 131 438 0.092 0.125 -0.033 -26.51
H 2 12 996 46 734 0.278 0.268 0.010 3.58
H 3 4 939 25 953 0.190 0.132 0.058 44.20
H 53 592 305 036 0.176 0.146 0.030 20.55

图16

基础型和增加车尾顶部导流片后车尾速度分布"

表4

增加轮罩护板后的车身各区域R p值"

区域

污染

像素

总像

素数

改型R p 基础R p ΔR p ΔR p/%
Z 1 1 580 103 504 0.015 0.011 0.005 44.69
Z 2 22 244 169 803 0.131 0.267 -0.136 -50.91
Z 23 824 273 307 0.087 0.170 -0.083 -48.66
Y 1 1 597 103 503 0.015 0.011 0.004 40.33
Y 2 21 917 169 807 0.129 0.249 -0.120 -48.13
Y 23 514 273 310 0.086 0.159 -0.073 -45.81
H 1 25 327 131 438 0.193 0.125 0.068 54.44
H 2 16 977 46 734 0.363 0.268 0.095 35.31
H 3 4 750 25 953 0.183 0.132 0.051 38.69
H 67 975 305 036 0.223 0.146 0.077 52.91

图17

增加轮罩护板后的车身污染图样"

图18

基础型和增加轮罩护板后右前轮附近液滴轨迹"

表5

不同方案对比"

模型 正投影/m2 阻力值/N 阻力系数
基础型 1.848 168.93 0.302
底部扰流板 1.848 178.04 0.319
顶部导流片 1.884 206.62 0.362
轮罩护板 1.858 170.02 0.302
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