基于伴隨方法的汽車氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、我國高速公路里程數(shù)和汽車產(chǎn)銷量高居世界第一位，然而汽車產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)能力卻與真正的汽車強(qiáng)國有很大的差距，包括汽車的氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過汽車的氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)降低車身氣動(dòng)阻力，不僅提高了氣動(dòng)性能，還能改善燃油經(jīng)濟(jì)性，在石油資源日益短缺的今天，這項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)的研究具有非常重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值。
　　本文針對國內(nèi)現(xiàn)階段汽車氣動(dòng)外形優(yōu)化研究中存在的盲目性和低效率的問題，將廣泛應(yīng)用于飛行器外形優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的伴隨優(yōu)化方法，引入到汽車氣動(dòng)外

2、形優(yōu)化中，對低阻力值的汽車氣動(dòng)外形進(jìn)行了探索研究。
　　首先，研究了汽車計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)，包括氣動(dòng)阻力的產(chǎn)生、與汽車外形的關(guān)系，汽車行駛時(shí)的流場特性，數(shù)值仿真的離散方法、計(jì)算方法等內(nèi)容。然后，進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算精度的研究：選取外形與車身形狀相似的簡單模型——Ahmed模型為仿真對象，建立與風(fēng)洞試驗(yàn)大小相同的計(jì)算域，設(shè)定與風(fēng)洞試驗(yàn)一致的邊界條件；選取工程計(jì)算常用的兩種網(wǎng)格方案，四面體+三棱柱網(wǎng)格方案和六面體網(wǎng)格方案，以及常用的兩

3、種湍流模型，RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型，組合后進(jìn)行了四種方案的數(shù)值計(jì)算，通過對計(jì)算結(jié)果的精確度和收斂性的比較，以及與風(fēng)洞試驗(yàn)尾部流場的比較分析，確定六面體網(wǎng)格與Realizable k-ε湍流模型這一組合方案的計(jì)算結(jié)果最為精確、合理。
　　之后，在六面體網(wǎng)格劃分下，采用Realizable k-ε湍流模型對Ahmed模型進(jìn)行了車身外形的優(yōu)化研究：引用計(jì)算量小且適用范圍廣泛的伴隨優(yōu)化方法，在FLUENT中進(jìn)

4、行伴隨計(jì)算，獲得車身外形敏感值分布圖后對關(guān)鍵部位及整個(gè)模型進(jìn)行自動(dòng)變形優(yōu)化，最終氣動(dòng)阻力系數(shù)降低率達(dá)16.66％。
　　最后，應(yīng)用伴隨方法對某流線型轎車進(jìn)行氣動(dòng)外形優(yōu)化：對實(shí)車模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算與氣動(dòng)特性分析，并進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證其計(jì)算結(jié)果可靠性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行伴隨計(jì)算與變形優(yōu)化，最終氣動(dòng)阻力系數(shù)降低了2.54%，氣動(dòng)性能有所提高。
　　本文將伴隨優(yōu)化方法引入到汽車行業(yè)內(nèi)，并進(jìn)行了實(shí)際車型的工程驗(yàn)證，為我國汽車氣動(dòng)外形優(yōu)化研究提