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3.2.1模型建立 22
3.2.2计算域的确定 23
3.2.3计算网格划分 24
3.2.4湍流模型选择 27
3.2.5边界条件确定 29
3.2.6求解设置 29
4.汽车外流场数值模拟结果分析 30
4.1本次数值模拟可行性分析 30
4.2不同侧风条件下汽车外流场模拟结果分析 31
4.3分析总结 41
5.汽车外形对汽车气动性能的影响及优化建议 42
5.1不同车身参数介绍 42
5.2不同车身外形汽车外流场模拟结果分析 42
5.3基于汽车外形的优化建议 51
6.全文总结 51
致谢 53
参考文献 53
1.绪论
1.1 研究背景与意义
汽车空气动力特性是汽车的重要性能，对汽车的动力性、经济性和操纵稳定性有直接的影响。设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提。[1]
侧风稳定性是汽车空气动力特性的一个重要研究内容。由于自然风的存在，在路面上行驶的汽车不可避免地会受到侧风的影响，尤其是当汽车经过桥梁、隧道及复杂地形等具有特殊气候条件的道路时，很容易受到风向和风力复杂的自然风和人工阵风的作用。高速行驶的汽车，若受到较高速度的侧风的作用，其行驶稳定性、操纵稳定性和舒适性都会显著降低，极端情况下还会使汽车偏离行驶路线甚至发生侧翻，导致严重的安全事故。同时，驾驶员需要不断调整方向盘以消除侧风的影响，这会导致驾驶员过早疲劳而增大了行车的危险性。
此外，为了提高燃油经济性，越来越多的企业采用了轻量化技术，汽车的轻量化使得其对侧风的敏感性增加，侧风稳定性降低，加剧了高速行驶过程中的潜在危险。当汽车受到侧风的干扰时，气动升力及由此产生的升力矩对高速行驶的汽车的操纵稳定性影响很大，这一作用在汽车前端的升力减轻了前轮的负荷，降低了前轮的地面附着力，使得汽车的操纵稳定性变差。[2]
综上所述，侧风对汽车的行驶稳定性、安全性和舒适性有着重要的影响。汽车轻量化趋势加剧了汽车对侧风的敏感性。从很早时间开始，国内外就对侧风作用下的汽车气动特性进行了大量的研究。与此同时，随着计算机技术的发展，汽车外流场的数值模拟得到了广泛的应用。但目前国内的研究主要集中在对高速汽车动力性和经济性的研究，对高速汽车安全性的研究比较少。本论文从汽车的行驶安全性角度以及车型对汽车气动性能的影响角度出发，研究侧风作用下高速汽车的气动特性，分析侧风对汽车操纵稳定性的影响。研究工作对提高汽车行驶安全性具有重要的意义。
随着计算机技术和湍流理论的发展, 计算流体力学 CFD(Calculation Fluid Dynamics)的方法被运用到汽车空气动力学研究中。汽车外流场数值模拟就是利用数值模拟的方法对汽车行驶中的外流场进行分析, 与传统的研究方法结合, 有效地改善汽车性能、节约研究资金、提高研究效率 [3]
1.2 国外CFD模拟汽车外流场研究状况
1.3国内CFD模拟汽车外流场研究状况
2.侧风稳定性研究方法
2.1侧风对汽车的影响分析
汽车空气动力学主要研究汽车行驶过程中，汽车周围气流的流动规律。汽车空气动力学特性是汽车的重要性能，它对汽车的动力性、经济性和操纵稳定性有直接的影响。具体说来，汽车的空气动力特性是指其在运动过程中受到的气动阻力、升力、侧向力及其相应的力矩的作用而产生的车身外部和内部的气流特性、侧向稳定性、气动噪声性、泥土、灰尘的附着和上卷、车内通风、空气调节等特性。要想提高汽车动力性、经济性和稳定性，其中一个重要的途径就是在设计过程中提高其空气动力学特性。汽车在行驶过程中，除了受到来自地面的力外，还会受到周围气流的气动力和力矩的作用，如图 2-1 所示。