通用SUV模型的基础压力和流场测量-绵羊汽车生活记录

序文：汽车工业正在打算和优化用于氛围动力学主意的车辆方面面对很众离间，稀少是正在急切需求下降能耗的环境下。然而，车辆氛围动力学的很众方面临于正在打算和工程过

汽车工业正在打算和优化用于氛围动力学主意的车辆方面面对很众离间，稀少是正在急切需求下降能耗的环境下。然而，车辆氛围动力学的很众方面临于正在打算和工程经过岁月减阻和无误模仿的进一步发达还没有弥漫领会。一个如许的区域是根本压力的数值预测，个中对总阻力的功勋相当首要，但因为对重要物理和流场机制的不十足领会，切实的预测是艰苦的。正在SUV的环境下，根本压力对总阻力的功勋稀少大，因而领会驱动机制是至闭首要的。本文有很众免用度处。最先，拓荒并描写了一种单纯的通用SUV模子，并可用于赓续的CFD拓荒;其次，对这种通用几何样式给出了尾流构造对根本压力的影响以及对阻力的最终影响的描写。结果，实行数据可从拉夫堡大学机构学问库下载。数据征求几何和地道扶植的周密新闻，数据的完备描写及其正在模子参考框架中的地点。

模子打算：正在氛围动力学界仍然很好地创造了用于实行和估计打算探讨的简化车辆模子的利用，而且正在加强咱们对根本学问和CFD手腕拓荒的领会方面具有牢靠的记实。家喻户晓的例子是Ahmed 几何，旨正在搜捕特定车辆特色（后倾斜）或SAE参考模子的影响，打算为通用简化车辆。这些模子的主旨不断是古代的车辆设备，比方疾背，撤除和后背，但不存正在以搜捕SUV的底层几何样式和样式。因而，基于对大型SUV细分市集的了解，拓荒了一种新模子。27个外部尺寸合用于来自12个修筑商的39种车辆，型号年份涵盖1970年至2011年。侧面轮廓如图1所示。轨范化衡量和数据颜色用型号年份编码。

为了界说风洞模子，总结了特色数据以基于所天生的这些趋向来识别趋向和初始几何。然落后一步简化以取消大型轮拱眉毛的影响，这些眉毛一样正在这些车辆中很显著，而且从玻璃房中移除翻腾车和背光耙。这些简化下降了模子的雷诺活络度，并允诺基于通用SUV举行更平凡的另日参数探讨。结果，将半径运用于通盘前缘，以防范不行代表满量程的个别分袂。半径的巨细是基于Newnham的任务。

该模子旨正在促举行驶高度（地道底板到模子底面）的变动，地板下的粗略度以及有轮和无轮的测试。测试的设备列于表1，个中车身高度，地板下粗略度和车轮的变动图永诀如图2，图3和图4所示。车轮和轮胎不征求任何细节。车轮的下侧是扁平的，以模仿接触区域，轮胎下侧与地道底板之间有一个小间隙（2mm）。

因为这里的重心是研讨根本压力，因而将模子畛域层拓荒与全尺寸畛域层拓荒举行较量被以为是有效的。利用模子上的热线体系和两个全尺寸SUV模子记实速率弧线。正在模子和车辆的长度和跨度上的一系列地点处获取数据。结果显示了相同的样式因子验证了模子的接续利用。

通盘测试均正在拉夫堡大学模子风洞中举行。构造如图5所示。最大约1/4比例的汽车模子能够正在大约5％的阻滞下举行测试。140kW的电扇可以正在1.92×1.32m的任务区域内发作高达45m / s的流速。裁减率为7.3：1，流量调理湍流筛将自正在流湍流强度限定正在0.2％。正在这里报道的任务中，通盘测试均以40m / s举行，依据模子长度给出雷诺数为2.85×106。地道以固定地板形式运转，模子中央的畛域层位移厚度为9.4mm 。

通过四个8mm撑持销将模子安置到六个组件底板上，通过地道底板上的10mm孔进入模子车轮底部的孔中，正在车轮底部留下一个小间隙，底部平展，代表接触面。调度撑持销可确保相仿的扶植。地道底板中的天和善主旨盘相接到偏航驱动器，以便于自愿偏航扫描。正在十秒的安定韶华之后，正在每个偏航地点对均衡数据举行三十秒的采样。相闭均衡精度的更众细节能够正在Johl 中找到，以及相闭风洞自己的更众新闻。偏航扫描从-20到+ 20°举行。

外表压力衡量：模子的根本和后扩散器填充了压力抽头网格，如图6所示。抽头仅限于模子的一半，以普及判袂率。利用位于模子内部的两个64通道微型压力扫描仪举行压力衡量，无误到±0.15mm H2O。样品由外部供应的260Hz信号爆发器触发，每种型号设备取样31秒。依据地道静压记实数据。

利用自正在滚动压（正在任务区发端时记实）估计打算模子外表的压力系数。利用MIRA阻滞校正（基于联贯性），方程式1对通盘结果举行了阻滞校正。

仍然正在车辆尾流区域中的众个平面中举行了二维平面PIV衡量，如图7所示。两个程度平面处于基座高度的一半（蓝色）和基座高度的一半（血色）。笔直平面是车辆中央线（绿色），车轮中央线（紫色）和这些平面之间的中心地点（黄色）。

双帧图像采用400万像素，14位摄像头，装备50mm镜头和频率加倍的Nd：YAG Litron LASER，脉冲能量为200mJ，利用LaVision DaVis软件举行操作。图像面积为~400×400mm，空间判袂率为0.2mm /像素。正在7.26Hz的记实频率下为每个平面捕捉1000个图像对。

利用Exa PowerFLOW举行风洞试验的估计打算验证，Exa PowerFLOW是一种操纵Lattice Boltzmann手腕（LBM）的贸易代码。该手腕是玻尔兹曼方程正在空间，韶华和速率上的分外离散化。它模仿了牛顿流体中粒子的滚动和碰撞经过。代码中采用的湍流模子相同于超大涡模仿（VLES），个中k-εRNG模子充任子网格比例模子。LBM管理了SUV边际刹那湍流的氛围滚动，并对溶液举行了均匀，以获得均匀流量解。

PowerFLOW中的空间离散化发作所谓的晶格，包罗“体素”（立方体体积单位）和“外表”（外表单位天生为体素与外表订交）。本探讨利用的晶格是利用汽车行业领先公司目前采用的最佳实验模板天生的，具有自愿体素尺寸（最小0.5mm）和基于模子尺寸和几何特色的细化区域。发作的最小体素巨细是模子长度的10-3％。晶格的横截面显示了车辆边际的细化地点，如图1所示。流体域中的体素总数约为7000万，而SUV外表的y +值正在15≤y+≤100的规模内因而，墙面效用合用于全盘外表。

利用速率入口和压力出口，个中滑动壁节制直到畛域层成长的发端（原点上逛4.5m），此时通盘地道和SUV外表都运用无滑移壁前提。为了复制实行前提，自正在流速率和湍流强度的值永诀设定为40m / s和0.15％，雷诺数基于模子长度仍旧正在2.85×106。通盘压力和力的结果都以与实行结果相通的体例校正梗塞效应。

行动基线模子，即标称行驶高度（65mm），具有车轮的光滑地板用作较量通盘其他模子的根本，最先筹议该设备的尾流特色。阻力，总升力和前后升力系数如图9所示。阻力和升力结果大要上是SUV型车辆的模范特色，但后轴上的负升力正在相当宽的偏航角规模内不会估计正在坐蓐车辆上。这种负升力归因于短漫射器，该漫射器是拓荒模子的手腕的人工成品，个中正在该车辆类型上看到的大偏离角导致后部的短暂上升。维系滑腻的车身底部，这个扩散局限负担后部提拔特色。

图10中显示的基线设备图显示了车辆尾流中五个衡量平面上的流场的根本压力漫衍和速率流线。上基部区域的压力漫衍显示恒定压力系数的等线近似程度。这说明压力收复重要是因为来自模子上方而不是来自车辆侧面的滚动。正在扩散器和下部基座的底部外部区域中，车轮尾迹的影响也很显著，个中与基座的其余局限比拟，吸力弥补。中平面上部温室PIV数据显示对称的速率场，其具有来自车辆侧面的有限向内滚动。下基座（中平面下部温室）的构造不太对称，而且车轮尾迹的影响相当显著，而且暗意了高度三维构造。

PIV的笔直平面也许都具有预期的上下轮回特色，但现实上正在三个侧向地点处有很大差别。正在车辆中央线上，分开扩散器的滚动说明它十足附着。这看待30°扩散器来说是出乎预料的，而且笃信是因为车轮的影响。不然正在这个平面上，上下涡流构造如文献中报道的方后几何构造。然而，正在车辆中心宽度处，上部涡流构造基础不显现地存正在而且用延长的剪切层取代。没有上部涡流，下部再轮回正在尾流中占主导位置，而且与模子基座更严紧地对齐，由于上部区域不再被上部涡旋扭曲。这会影响均匀壁面速率和也许的根本压力。正在车轮中央线处，上部涡流再次涌现，而且现鄙人部的强度大大下降，由于该区域中的滚动受到车轮的存正在的限定。分开扩散器的滚动不附着正在任何一个偏离中央线速率场中。

固然图像不征求正在本文中，但正在瞬时流场中没有查察到韶华均匀速率场中看到的小的上部构造。正在瞬时场中，上剪切层边际的区域一样由很众较小的涡流组成，这些涡流正在高度担心定的区域中向下逛对流。所示的再轮回仅仅是很众这些较小涡流的汇集。

该模子正在三个行驶高度举行了测试：标称（65毫米），低（50毫米）和高（80毫米）。表面上的案例是上面告诉的基线数据。通过相看待车轮挪动模子主体来完毕这些变动，从而仍旧车轮下方的小间隙，以防范固定地板安排中的天平接地。这种手腕导致正面区域的小幅弥补或删除，因而正在每种环境下利用相干参考区域来估计打算系数。看待高行驶高度的环境，前部区域的弥补为1.6％，看待低行驶高度环境，相看待标称行驶高度模子，删除了1.4％。值得属意的是，看待固定的地板安排，畛域层的影响也许很大，但基础机制不太也许变换。

如图11所示，三种设备的阻力特色如预期的那样显示，看待高行驶高度环境，弥补的Cd为6.7％，与基线比拟，低行驶高度环境下的Cd删除（4.3％）。

将行驶高度从标称弥补到高对总升力险些没有影响，如图12所示，由于正在两种环境下地面间隙都足以使地面效应受到限定。然而，正在最低行驶高度处，升力显着下降，这归因于车身底部与标称情状比拟的差别滚动特色。

图13和图14中的差别行驶高度的根本压力弧线显示了跟着行驶高度弥补而下降根本压力的总趋向。这局限是因为弥补的模子区域发作更大和更低压力的尾流。笔直平面中的PIV数据证明了这一点，正在再轮回紧闭以得到较低的行驶高度设备之前，模子后面的间隔较短。这看待中模宽度PIV平面结果最为显著。上部温室程度PIV结果中后滞点的地点也表了然这一点的进一步证据，跟着行驶高度的弥补，这一点向下踌躇动。车轮尾流的影响正在压力中相当显著，相干的较低压力区域的规模正在较高的离地间隙处弥补。车轮尾流区域的扩散器压力也会下降。

显示了表2中所示的bese和diffuser的均匀压力数据以及根本和扩散器的组合。与标称值比拟，正在低行驶高度下基座和扩散器上的压力弥补是显着的，而且明确是减小阻力的重要身分。然而，标称和高行驶高度环境之间的压力区别小得众，而且正在扩散器中发作最大的影响。总体而言，明确根本压力不是阻力弥补的原由，而且更也许是因为前挡块的地点变换而导致车轮宣泄弥补和前体阻力弥补。

看待三种环境的PIV举行较量，更凡是地，基础特色仿佛没有大的变换，稀少是当较量标称和低的行驶高度时。正在这种环境下，通盘三个平面中的较低再轮回城市获得少少深化，而且速率梯度也会有少少变动，这些变动也许会导致根本压力的细小变动。正在最高行驶高度处，中心车辆宽度平面显示出更模范的上部再轮回，而不是其他设备所睹的剪切滚动。同样看待这个平面，较低再轮回中的流线说明更强的横流，这正在其他两个平面中也是显著的。

将轨范滑腻地板与粗略底部举行较量，图15仅显示完全阻力特色的细小变动，稀少是正在较低的偏航角处。正在实验中，粗略度条带具有与轮轴近似的尺寸，因而也许不会对底部滚动发作洪量卓殊的作梗。正在较高的偏航（> 5°）时，粗略地板箱的阻力弥补较大。这是由于正在较高的偏航角处，粗略条不会荫藏正在车轴后面，因而具有更大的成效。通过弥补粗略度，升力基础稳固，因而不征求结果。

根本压力和PIV数据（图16）显示了与基线模子的洪量近似性，进一步证明了正在零偏航时粗略度条带仅具有小的影响的假设。正在中央线壳体上分开扩散器的剪切层有少少变动，而且车轮后面的上下涡流构造之间的互相感化有少少小的变动。这些小变动反响正在面积加权压力数据中。图3显示了粗略地板模子的根本和扩散器压力的小幅弥补，这导致了阻力的小幅低重。

很众已发表的参考体和简化的几何样式要么打算成没有轮子，以避免不须要的庞大化，或者能够抉择没有轮子的测试盒。看待这里的SUV几何样式，无轮箱利用填料来十足填充车轮拱取代车轮图4.均衡数据，图17和图18，显示了相同的轮廓弧线和a 提拔偏移量约为-0.5。这表了然对流场的少少相当基础的区别，而且还证据了车轮的重要功勋，其正在模子正面区域中仅占拖累的卓殊5％。

基础压力漫衍和尾流场，图19显示了带轮子和不带轮子的模子的相当差别的举动。存正在一样较大的较低涡旋和较小的上涡流，但除此除外，结果是十足差别的。正在中央线上，没有轮子的扩散器的滚动不再像车轮存正在时那样附着。然而，它正在车辆中心宽度处十足相接正在中央线的外侧，由于正在扩散器角落处发作的向上冲洗不再被车轮的存正在反对。这注释了正在低偏航角下的阻力和升力弧线的样式的区别，由于看待带有车轮的环境查察到的附着流也许对肇端前提相当敏锐并因而对偏航角相当敏锐。一样环境下，看待没有车轮发作较小尾流，壁面速率变动和较高根本压力的环境，尾流紧闭更疾。

最低压力的地点正在基座的中心，这种设备与预期的单纯阻流体相同。该区域侧面的较高压力是因为从模子侧面抽出氛围，如下基部程度PIV流地方示。该低压区还显示出正在中央线上从车辆上方抽出氛围，因而正在中央线上的上基座上的压力高于角落，与车轮箱相反。