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拖车空气动力学优化：基于Lattice-Boltzmann方法的多克里格响应面建模

2023-07-31 20:59:48·  来源：汽车测试网  
　

拖车在牵引车-拖车组合的整体空气动力学中起着关键作用。为了减少拖车位置范围内的空气阻力，本文提出了一种利用可调节的空气动力装置进行优化的方法。该方法通过基于Lattice-Boltzmann的CFD模拟结合modelfrontier技术，建立多克里格响应面，以空气动力阻力为响应。通过多阶段的仿真，中间响应面的生成和预测误差的估计，我们成功确定了每个拖车位置气动装置的最优位置。该方法在多个拖车配置下进行验证，取得了显著的优化效果。


引言

拖车的空气动力学性能对牵引车-拖车组合的整体效率和稳定性具有至关重要的影响。在实际应用中，不同的拖车配置和预期用途需要特定的优化方法来减少空气阻力并提高燃油效率。本文旨在通过采用可调节的空气动力装置，通过Lattice-Boltzmann方法进行CFD模拟，结合modelfrontier技术来优化拖车的空气动力学性能。


方法与实验设计

2.1 拖车设计空间的表征


我们将拖车位置的优化问题抽象为一个二维设计空间，其中拖车高度和拖车间隙长度是关键设计变量。通过合理设置设计空间的范围和步长，我们能够全面地覆盖可能的拖车位置组合。


2.2 Lattice-Boltzmann方法与CFD模拟


采用基于Lattice-Boltzmann方法的CFD模拟，我们能够高效地计算拖车在不同位置组合下的空气动力学性能。该方法的优点在于适用于复杂流动和非均匀网格，且计算速度较快。


2.3 响应面建模


为了建立拖车空气动力学性能与设计变量之间的关系，我们使用modelfrontier技术创建多个克里格响应面。通过多阶段的仿真，我们可以生成中间响应面，并估计预测误差，确保响应面的收敛性和准确性。


结果与讨论

3.1 响应面优化结果


通过优化拖车位置的气动装置，我们得到了一系列最优位置图。这些图展示了在不同的拖车高度和间隙长度下，空气动力学阻力的最小化结果。从图中可以明显看出，合理调整气动装置可以显著减少拖车的空气阻力。


3.2 拖车配置的优化效果验证


为了验证本方法的有效性和适用性，我们选择了多个典型的拖车配置进行验证。结果表明，通过本方法获得的优化拖车位置，相较于未优化的配置，空气阻力减少了10%以上，燃油效率提高明显。


结论

本研究通过利用可调节的空气动力装置，在牵引车-拖车组合中优化拖车位置，以最小化空气阻力。通过基于Lattice-Boltzmann的CFD模拟结合modelfrontier技术，建立了多克里格响应面，并成功确定了每个拖车位置气动装置的最优位置。多个拖车配置的优化结果表明，该方法在不同应用场景下都取得了显著的优化效果，为拖车空气动力学优化提供了有效的方法。


展望

未来可以进一步拓展这一方法，考虑更多的设计变量和复杂流动条件，以获得更全面的拖车空气动力学优化结果。同时，结合实际应用需求，可以考虑其他因素，如拖车稳定性和驾驶舒适性，实现多目标优化。这将为牵引车-拖车组合的整体性能提升提供更为科学的设计指导。

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