胡志雯　吳慶捷　劉欣成　金顯哲　周亮　何周光　羅旭

摘 要：為了獲取某廂式貨車加裝導(dǎo)流罩前后的外流場(chǎng)特性，基于RNG k-ε模型并且對(duì)整車模型簡(jiǎn)化處理，獲取了整車的速度矢量圖、靜壓圖和流線圖，由分析結(jié)果可知，當(dāng)未加裝導(dǎo)流罩時(shí)，車廂的正面壓力約為500Pa，其風(fēng)阻系數(shù)為0.685。當(dāng)加裝導(dǎo)流罩時(shí)，導(dǎo)流罩的正面壓力約為200Pa，其風(fēng)阻系數(shù)為0. 559，降低了22.4%，改善效果較明顯。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流罩;外流場(chǎng);風(fēng)阻;改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U272 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）03-21-03

引言

導(dǎo)流罩[1-3]是提高廂式貨車運(yùn)輸效率、減少柴油消耗的主要部件，其將周圍空氣引導(dǎo)向高處流動(dòng)，極大地提升了車廂前檔的流線性指標(biāo)和駕駛室與貨廂之間空隙處空氣的斷續(xù)現(xiàn)象，盡量減少空氣渦流，提高了廂式貨車的燃料經(jīng)濟(jì)性。本文通過(guò)分析某廂式貨車的外流場(chǎng)，得到該車型安裝導(dǎo)流罩和未安裝導(dǎo)流罩的風(fēng)阻系數(shù)。廂式貨車的外流場(chǎng)重點(diǎn)是安裝導(dǎo)流罩后，其附近的流場(chǎng)流動(dòng)情況，若流動(dòng)情況不太理想，則對(duì)導(dǎo)流罩的形狀、角度等提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1 建立整車流場(chǎng)分析模型

對(duì)表面局部凹凸作平滑處理，并且對(duì)車身前部的冷卻進(jìn)風(fēng)部位和底部部分作光滑處理。為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間，僅以右側(cè)的模型為計(jì)算對(duì)象，且車后的計(jì)算域取7倍的車長(zhǎng)。

模擬計(jì)算時(shí)則采用RNG k-ε模型[4-5]，入口邊界條件：速度入口80km/h。出口邊界條件：pressure_outlet，相對(duì)壓力為0。地面設(shè)置為靜壁面，車身及其它壁面均給無(wú)滑移固壁面邊界條件，溫度為300K，以此建立整車流場(chǎng)計(jì)算域模型如圖1所示。

2 未加裝導(dǎo)流罩流場(chǎng)分析結(jié)果

如圖2所示為未裝導(dǎo)流罩的整車靜壓圖，由圖2可知，由于駕駛室跟后車廂之間的高度差，導(dǎo)致氣流直接沖擊后車廂，且在車廂頂部拐角處出現(xiàn)明顯的氣流分離，產(chǎn)生渦流，造成能量損失，出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)。在車廂的正面由于沒(méi)有導(dǎo)流罩的過(guò)渡引流，氣流直接沖擊到車廂上，這里的正壓面積增大，壓力大約是500Pa。在車廂的后部，由于氣流的分離作用，產(chǎn)生了負(fù)壓，大約在-100Pa左右。

如圖3所示為未裝導(dǎo)流罩的整車靜壓圖，由圖3可知，在駕駛室頂部拐角處出現(xiàn)了氣流分離，駕駛室頂上拐角處由于氣流分離產(chǎn)生高速區(qū)。由于沒(méi)有導(dǎo)流罩這個(gè)實(shí)體存在，所以產(chǎn)生的整個(gè)流場(chǎng)還是不一樣的。

3 加裝導(dǎo)流罩的流場(chǎng)分析結(jié)果

如圖4所示為車身與后視鏡靜壓圖，由圖4可知，駕駛室正前方和后視鏡部分區(qū)域是高壓區(qū)，而側(cè)面由于氣流分離所以產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，頂部由于導(dǎo)流罩的影響，前半部分是正壓區(qū)，后半部分是負(fù)壓區(qū)。

圖5所示為整車對(duì)稱面靜壓圖，由圖5可知，氣流在車廂尾部產(chǎn)生分離，形成上下兩個(gè)漩渦，使車廂背面產(chǎn)生負(fù)壓的原因。在卡車尾部由于氣流產(chǎn)生了分離，所以形成了兩個(gè)較大的渦流，造成能量的損失，形成了負(fù)壓區(qū)。在車廂的前面有高壓區(qū)，這是由于導(dǎo)流罩的寬度不能完全覆蓋到車廂的左頂角部分，造成來(lái)流直接沖擊到車廂正面，所以形成部分高壓區(qū)。前后車輪與來(lái)流垂直部分為高壓區(qū)。

如圖6所示為整車Y方向速度截面圖，由圖6可知，在導(dǎo)流罩內(nèi)部，空氣流動(dòng)變化較大，形成了一個(gè)中心速度較低的渦流區(qū)。Y1=200的截面上基本就是渦流低速位置，這一點(diǎn)還要從Z方向和X方向的速度截面圖來(lái)印證。車廂底部的流動(dòng)在Y2和Y3位置受到后車輪的影響較明顯。導(dǎo)流罩內(nèi)的順時(shí)針渦流是由于側(cè)面氣流直接沖擊在后車廂上，改變流動(dòng)方向，流入導(dǎo)流罩內(nèi)，在導(dǎo)流罩內(nèi)受到導(dǎo)流罩形狀的影響而形成的渦流。由于改變流動(dòng)方向的氣流在對(duì)稱面上相遇，大小相同，但方向相反，所以在對(duì)稱面處形成一塊低速區(qū)，但在X方向，由于氣流流動(dòng)方向相同，所以流速得到加強(qiáng)。由于側(cè)面的凹凸不平及后視鏡的影響，在車身側(cè)面產(chǎn)生了一些小的漩渦。在導(dǎo)流罩內(nèi)基本沒(méi)有 X截面方向的漩渦，這也印證了前面看到的導(dǎo)流罩內(nèi)的渦流是 Z截面方向的。

如圖7所示為整車流線圖，由圖7可知，在車尾部?jī)蓚€(gè)明顯的漩渦及車底部也有明顯渦流。后視鏡附近的流線比較紊亂，證明后視鏡處的流動(dòng)更復(fù)雜。從導(dǎo)流罩處的流線可以看到，導(dǎo)流罩的高度還可以適當(dāng)提高，這樣可以使流線能更平順的過(guò)渡到車廂頂部，同時(shí)導(dǎo)流罩的寬度也可適當(dāng)加寬，使導(dǎo)流罩兩側(cè)的流線也能平滑過(guò)渡。

如表1所示為卡車各部分風(fēng)阻系數(shù)。由表1可知，導(dǎo)流罩得到的風(fēng)阻系數(shù)為負(fù)值，說(shuō)明導(dǎo)流罩對(duì)于抑制風(fēng)阻有積極作用，同時(shí)駕駛室和車廂產(chǎn)生的風(fēng)阻所占比例是最大的。安裝導(dǎo)流罩前后，可以看到對(duì)各部分的風(fēng)阻影響都較明顯，但風(fēng)阻作為一個(gè)整車的性能參數(shù)，應(yīng)該整體來(lái)考慮卡車的風(fēng)阻

大小，所以增加導(dǎo)流罩對(duì)降低整車的風(fēng)阻系數(shù)是有幫助的，風(fēng)阻降低幅度達(dá)到了22.44%。

5 結(jié)論

基于RNG k-ε模型對(duì)某廂式貨車未加裝導(dǎo)流罩和加裝導(dǎo)流罩的外流場(chǎng)進(jìn)行仿真對(duì)比分析，當(dāng)未加裝導(dǎo)流罩時(shí)，車廂的正面壓力約為500Pa，其風(fēng)阻系數(shù)為0.685，駕駛室跟后車廂之間的高度差，導(dǎo)致氣流直接沖擊后車廂，且在車廂頂部拐角處出現(xiàn)明顯的氣流分離，產(chǎn)生渦流，造成能量損失，出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)。當(dāng)加裝導(dǎo)流罩時(shí)，導(dǎo)流罩的正壓為200Pa，其風(fēng)阻系數(shù)為0.559，其導(dǎo)流罩外側(cè)壁面靜壓分布除兩側(cè)及轉(zhuǎn)角位置外呈放射性遞減。

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