ABSTRACT
This work is deals with the numerical simulation of flow around the car and comparing the results with those obtained in the flow model of the car in the wind tunnel. Velocity field for different vehicle configurations shown. The numerical results agree well with the experimental data.
Ключевые слова: аэродинамика автомобиля, аэродинамическая труба, вычислительная гидродинамика
Keywords: vehicle aerodynamics, wind tunnel, computational fluid dynamics.
Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках проекта по договору № 02.G25.31.0006 от 12.02.2013 г. (постановление Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 года № 218).
До недавнего времени, основными методами определения аэродинамических характеристик было испытание готового автомобиля в реальных условиях и продувание модели в аэродинамической трубе [1]. Недостатком данных методов являются высокие издержки в случае необходимости моделирования слишком большого количества вариантов конфигурации. Благодаря росту вычислительных мощностей ЭВМ, становится актуальным проведение численных экспериментов для исследования аэродинамики.
Для исследования модели в аэродинамической трубе и при помощи численных экспериментов характерны различные виды ошибок, таких как загромождение трубы, сложности моделирования движущегося со скоростью потока воздуха полотна дороги, погрешность измерения и др. [1]. Следует отметить, что для воспроизведения числа Рейнольдса, необходимо при уменьшении размеров модели увеличивать скорость потока, что во-первых не всегда соответствует возможностям аэродинамической трубы, а во-вторых эта скорость не должна превышать 40% скорости звука, чтобы избежать побочных эффектов, связанных со сжимаемостью воздуха [1]. Для численного моделирования характерно упрощение моделируемых физических законов и численная погрешность. В связи с вышесказанным, целесообразно проведения сравнений результатов численных расчётов и данных по экспериментам в аэродинамической трубе.
Целью проведения виртуального эксперимента является сравнение данных полученных при эксперименте в аэродинамической трубе НГТУ и определение погрешностей для учета их в дальнейших испытаниях.
При моделировании виртуального эксперимента в качестве начальных условий были приняты условия, аналогичные экспериментальным: скорость воздушного потока 28 м/с, соответствие размеров модели. Для численного моделирования обтекания, использовался программный пакет XFlow 2012 [2].
На рис. 1 показано поле скоростей, сформированное при обтекании модели седан. Цвет стрелок указывает на локальную скорость потока в соответствии со шкалой в правом верхнем углу. На рис. 2 показано распределение скоростей по поверхности модели. Согласно показанным расчётам, картинка обтекания над автомобилем достаточно гладкая, а вихри образуются только позади. По мере удаления от автомобиля поле скоростей стабилизируется. На рис. 2 видно, что наибольшая скорость потока воздуха характерна для рёбер передней части автомобиля, а наименьшая скорость по всей задней части и в области переднего бампера.
Рисунок 1. Визуализация плана скоростей в виде векторов
На рис. 3 показано поле скоростей, сформированное при обтекании модели хетчбек. Цвет стрелок указывает на локальную скорость потока в соответствии со шкалой в правом верхнем углу. На рис. 4 показано распределение скоростей по поверхности модели. В отличие от картины обтекания седана, показанной на рис. 1—2, скорость на поверхности крыши автомобиля существенно ниже, а над ним и сзади наблюдаются сильные вихри.
Рисунок 2. Распределение скоростей по поверхности модели
Рисунок 3. Визуализация плана скоростей в виде векторов для модели хетчбек
Рисунок 4. Распределение скоростей по поверхности модели хетчбек
На рис. 5 показано поле скоростей, сформированное при обтекании модели универсал. Цвет стрелок указывает на локальную скорость потока в соответствии со шкалой в правом верхнем углу. На рис. 6 показано распределение скоростей по поверхности модели. Картина обтекания модели универсал аналогична обтеканию модели седан. Существенных вихрей не образуется.
Рисунок 5. Визуализация плана скоростей в виде векторов для модели универсал
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Рисунок 6. Распределение скоростей по поверхности модели универсал
В таблице 1 сопоставляются расчётные и экспериментальные данные.
Таблица 1.
Сравнение расчётных и экспериментальных данных по лобовому сопротивлению
В данной работе показано, что расчёты хорошо согласуются с экспериментами в аэродинамической трубе.
Список литературы:
1.Гросс Д.С., Сексинский У.С. Некоторые проблемы испытаний автомобилей в аэродинамических трубах // Аэродинамика автомобиля. Сб. статей. Пер. с англ. Ф.Н. Шклярчука. Под ред. Чл.-кор. АН СССР Э.И. Григолюка. М.: Машиностроение, 1984. — 376 с., ил.
2.XFlow Next generation CFD. — [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://www.xflow-cfd.com/ (дата обращения 20.08.2013).