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某重型平头卡车仿真与风洞实验对比分析
2020-05-31 22:59:07· 来源：AutoAero 作者：王中俭
丨AutoAero202010期AutoAero昨天随着高速公路的快速发展，重型卡车的速度也变得越来越快。随着石油价格的上涨，改善重型货车的燃油经济性迫在眉睫。本文选取某平
随着高速公路的快速发展，重型卡车的速度也变得越来越快。随着石油价格的上涨，改善重型货车的燃油经济性迫在眉睫。本文选取某平头重型卡车为研究对象，对某平头重型卡车的1:1模型进行数值仿真并对其外流场分析。又进行了某重型卡车1:4比例模型的风洞试验，将实验与仿真结果进行对比分析，仿真和实验具有很好的一致性，后期将会针对分析结果提出合理优化方案并对侧风条件下平头卡车优化减阻方法进行深入研究。
1、模型尺寸
如图1所示该平头重型卡车模型基本尺寸为：长是15.4m；宽是2.4m；高是4.0m。文中仿真的坐标系均如下图所示。
图1 模型尺寸
2、网格策略
对该平头重型卡车进行网格划分前，要对其进行几何清理和简化，以提高计算效率。由于本文中研究的是闭格栅的情况，因此对于一些底盘件也进行了部分删减，简化模型可以降低网格数量，对计算效率的提高大有益处。使用有限元软件Hypermesh对该长头重型卡车进行面网格的划分，选用三角形面网格。如图2、3所示，面网格尺寸为4mm-16mm，为了减少网格量，车头部位一些较大的平面面网格选用32mm，货箱部位的面网格为64mm，面网格280万，体网格为2920万。
图2 车身网格示意图
图3 Y=0截面体网格示意图
3、仿真结果分析
从压力等值面为0的压力云图和压力系数云图，即图4、5可以看出：图中圈出区域流动状态较差，车身前端产生较大正压，增大了压差阻力，部分位置产生气流分离等现象，后续将针对以上部位进行气动特性分析，提出相应的减阻方案。
图4 压力等值面为0的压力云图
图5 压力系数云图
4、1:4模型风洞实验
依托于吉林大学风洞实验室进行风洞试验，如图6-8，分别对1:4卡车模型进行了测试风阻系数（0-15°侧偏），压力系数及流动显示实验。
5、实验方案
开式试验段，遮蔽移动带系统，利用底部机械天平以及固定的支撑型材，应用前五轴即十轮支撑的总体布置方案。
图6 测风阻系数
图7 测压力系数
图8 流动显示
6、实验与仿真结果对比分析
试验在100km/h风速下进行，测得该卡车阻力系数与仿真值比较，相对误差为2.6%，说明试验与仿真具有较好的一致性。
分别对横摆角度±3°，±6°，±9°，±12°，±15°的卡车模型进行阻力系数测量，在风速为100km/h下，随着横摆角度的不断增大，风阻系数也不断增大。
通过测量车身表面压力系数发现，压力系数较大的部位气流流动情况较差，与仿真结果得到的压力系数云图基本一致。 如图9所示，提取y=0截面监测点进行对比分析。 如图10所示，压力系数的仿真结果与试验结果具有很好的一致性，为后续进行卡车优化减阻提供了很好的依据。
图9 y=0截面监测点
图10 y=0截面20个监测点压力系数实验与仿真对比
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