某轿车气动特性的CFD分析及优化

CFD在进气歧管优化设计中的应用本文以江淮汽车某型三缸汽油机进气歧管为研究背景,用数值模拟的方法研究了该进气歧管的进气性能,分析了歧管的压力损失和进气均匀性,并与以前的计算模型进行对比.本文以江淮汽车某型三缸汽油机进气歧管为研究背景，用数值模拟的方法研究了该进气歧管的进气性能，分析了歧管的压力损失和进气均匀性，并与以前的计算模型进行对比。

结果表明，优化后的进气歧管在压力损失和进气均匀性方面均得到了明显的改善，提高了该歧管的进气性能。

发动机进气歧管的性能高低影响着发动机的运行效果。

本文针对江淮汽车某三缸发动机及其歧管在设计过程中出现的问题进行优化分析，根据分析结果提出整改方案，对整改方案进行分析。

数值模型1.三维模型与网格划分优化前和优化后的歧管模型如图1、图2所示。

从图1中可以清楚看到在歧管1出口下方有一凸出区域（圈中部位），此部位就是一缸优化设计中增加的凸台区。

原设计方案中在歧管三缸处设计一凸台（见图2），优化方案为取消该凸台，在一缸歧管入口处增加导流凸台。

本次计算应用STAR-CD计算软件，为保证计算的准确性，此计算中网格尺寸为1mm，优化前后网格总数均为35万左右。

2.计算仿真进气歧管内流场的计算分析主要包含两方面的内容：稳态计算，评价歧管各通道的流通能力；瞬态计算，评价一个循环过程中歧管各通道的进气均匀性。

流体流动要受物理守恒定律（包括质量守恒定律、动量守恒定律以及能量守恒定律）的控制，控制方程就是这些守恒定律的数学描述。

而进行模拟计算，实际上就是求解控制方程的过程：质量守恒方程（也称连续性方程）：动量守恒方程：能量守恒方程：3.边界条件本文采用稳态计算和瞬态计算两种方法对进气歧管进行分析。

稳态计算主要分析歧管的流通性能，稳态计算整改前后均进行3个case计算，在每个case中分别将歧管的一个出口定义为出口边界，其余进口定义为壁面，计算中进口速度取一个循环的平均值30?m/s；瞬态计算主要分析歧管的进气均匀性。

机械工程中的气动力学分析与优化设计概述：机械工程中的气动力学分析与优化设计是一门关于流体力学在机械系统中应用的学科。

它研究的是流体在机械系统中的运动规律和相应的力学问题，通过理论和实验手段进行气动力学分析，从而对机械系统进行优化设计，提高其性能和效率。

一、气动力学基础气动力学是研究气体流动的力学学科。

在机械工程中，气动力学分析主要侧重于流体的速度、压力、密度等参数的变化规律以及流体与机械结构之间的相互作用。

气动力学基础理论包括流体的连续性方程、动量方程和能量方程，通过这些方程可以描述气体在机械系统中的流动过程。

二、气动力学分析方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的气动力学分析手段。

通过建立数学模型和计算方法，对机械系统中的流体流动进行模拟和计算。

数值模拟方法可以通过计算流体力学（CFD）软件对复杂的气动力学问题进行高精度的数值模拟，从而获得流体的速度、压力、温度等参数分布情况，为机械系统的优化设计提供准确的依据。

2. 实验方法实验方法是气动力学分析的重要手段之一。

通过实验设备和测量仪器对机械系统中的流体流动进行观测和测试，获取实际数据并进行分析。

例如，通过安装压力传感器和风洞实验，可以获得流体在机械系统中的压力分布情况，从而评估系统的气动性能，并优化设计。

三、气动力学在机械工程中的应用气动力学在机械工程中有广泛的应用，涉及航空航天、汽车工程、风力发电等多个领域。

以下举几个例子说明气动力学在机械工程中的重要性。

1. 飞机设计在飞机设计中，气动力学分析是关键的一环。

通过对机翼、机身等气动构件的流场分析，可以优化设计飞机的升力、阻力、起飞和降落等气动性能参数，提高飞行效率并降低能耗。

2. 汽车设计在汽车设计中，气动力学分析同样起着重要的作用。

通过优化车身外形以减小风阻，可以提高汽车的燃油经济性和驾驶稳定性。

此外，气动力学还可以作为汽车安全性评估的重要参考，分析车辆在高速行驶时的空气动力学性能，提高行车安全性。

第26卷第2期 2017年4月计算机辅助工程Computer Aided EngineeringVol. 26 No. 2Apr. 2017文章编号：l〇〇6 - 0871(2017)02-0014-06DOI ： 10. 13340/j. cae. 2017. 02. 003基于试验设计的某MPV整车外气动特性优化彭婧，李小梅，张光亚，王伟(上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州545007)摘要：以某型多用途车（Multi-Purpose Vehicles,MPV)为研究对象，对整车外气动特性优化模型进 行参数化数值仿真.基于结合试验设计方法和优化算法，与原模型相比，最终优化模型的仿真结果 可使目标车型风阻因数降低4. 69% .另外，基于试验设计分析后视镜造型对整车外气动特性的影 响，后视镜的优化仿真结果可使整车风阻因数降低1.04 %.关键词：多用途车；风阻系数；样本设计；网格变形；近似模拟；后视镜设计中图分类号：U461.1 文献标志码：BAerodynamic characteristics optimization onMPV based on design of experimentPENG Jing,LI Xiaomei,ZHANG Guangya,WANG Wei(Technical Center, Shanghai Automotive-General M o t o r-Wuling Automobile Co. ,Ltd. ,Liuzhou 545007,Guangxi, China) Abstract；Taking a type of Multi-Purpose Vehicles(MPV)as the research object,the parametric numerical simulation is performed on an aerodynamic characteristics optimization model.Based on design of experiment method and optimization algorithm,compared with the base model,the drag factor of the final optimization model is reduced by4.69%.In addition,the aerodynamic influence of rearview mirror on the aerodynamic characteristics of whole vehicle is studied on the basis of design of experiment method,and the optimization simulation results of rearview mirror indicate that the drag factor of whole vehicle is reduced by 1.04%.Key words ：multi-purpose vehicle;drag coefficient;sample design；mesh morph；approximate simulation；rearview mirror design0引言空气动力学指标是汽车性能最重要的参数之 一，其对汽车的动力性、经济性、操纵稳定性等有极 其重要的影响.在汽车运行时，空气会对车身产生气 动阻力，并且阻力大小与汽车运行速度的平方成正 比.CFD技术的发展使得仿真手段可部分替代风洞 试验，可通过CFD技术快速评价汽车外气动特性，从而减少风洞试验的次数.[1]将CFD技术与优化设 计相结合，能大大提高汽车外气动造型优化效率，对 汽车的早期设计很有帮助.以某型多用途车（Multi-Purpose Vehicle,MPV)为研究对象，基于整车外气动特性数值仿真模型，结 合试验设计及优化算法分别对整车参数及后视镜参 数展开优化研究.首先选取前窗角、前舱角、前车体 长度、格栅角、侧窗角、顶盖弧度、后车体长度、后窗收稿日期=2017-01-13修回日期=2017-02-27作者简介：彭婧（1985—），女，湖北潜江人，硕士，工程师，研究方向为计算流体力学，（E-mail) jingl. peng@ sgmw. com. cn第2期彭婧，等:基于试验设计的某MPV 整车外气动特性优化15角、后侧鼓角、尾翼角共计10个外气动造型参 数[2_7^通过首轮试验设计获得10个参数对风阻系 数的空间响应模型的近似模拟;通过多参数全局寻 优算法，获取最优风阻系数的参数组合.在首轮试验 设计优化方案的基础上，优选出参数灵敏度较大的 造型参数进行第二轮试验设计，并参考首轮试验设 计过程，获得最优参数组合.最优参数组合较初始模型可以实现4. 69%的风阻系数优化.此外，选取4 个影响后视镜造型的主要参数，基于试验设计展开 研究，优化后视镜较初始模型可以实现1.04%的风 阻系数优化.1 初始整车外气动分析为确保仿真模型的准确性，首先对原始车型进 行建模分析，并通过试验对比，确保整体仿真模型不 会因模型简化、网格等因素带来太大的误差.整车分 析示意见图1.图1整车分析示意Fig . 1 Schematic of whole vehicle analysis初始模型的分析流程主要包括以下几个步骤.(1)简化模型预分析.预分析模型不关注局部(如格栅、发动机舱、底盘等）特征，只保留大的造型特征，通过对预分析的模型造型进行改变、试算，初步得到影响风阻系数的大灵敏度造型参数.(2) 整车详细建模.对包含格栅、发动机舱、底盘等局部特征的整车模型进行建模，在规模允许的情况下尽可能保留对风阻系数有影响的外气动造型特征，从而确保仿真模型的准确性.对于发动机舱内的冷凝器和散热器，因存在大量格栅构造，若在整车模型中全部建模，会导致网格规模大大增加，因此采用多孔介质模型进行近似模拟.通过实验手段获取冷凝器及散热器的P -F 特性曲线，再通过FLUENT中的多孔介质模型进行简化模拟.(3) 网格无关性分析及试验比对.对车速为30m /s 的整车模型进行分析，并通过网格逐步加密的 方式，对不同网格规模的整率模型进行分析，在确保 网格无关性的基础上尽可能地减小分析规模.将仿真分析结果与试验结果进行比对，试验与仿真的风阻和风阻系数值的结果误差在3%以下， 表明整体的简化、网格划分方案可以满足精度要求.2 试验设计2.1试验设计一般步骤试验设计的应用一般分为3个步骤:试验计划 (取样）、执行试验(计算）和结果分析(优化）.试验设计有多种取样方法，常用取样方法的说 明[S ]见表1.表1试验设计取样方法说明Tab . 1 Description of sampling method for design of experiment名称说明全因子设计为每个因子指定任意水平数并研究所有因子的所有组合部分因子设计取全因子设计中的部分样本进行试验（通常为1/2, 1/4等），包括2水平、3水平和 混合水平组合正交数组部分因子试验的一种，通过仔细构造试验方案，保证因子的正交性（整齐可比和均 匀分散）拉丁超立方设计每个因子的水平等于点数，并进行随机 组合最优拉丁超立方设计使传统拉丁超立方法生成的抽样点更加 均匀2.2近似模拟方法简介近似模型方法是通过建立数学模型的方法逼近一组输入参数与输出响应值的方法.通过样本数据创建近似模型过程[8]包括：（1)试验样本的数据采集；（2)选择合适的近似模型；（3)通过样本拟合近似模型；（4)通过回代计算验证近似模型，通过计算 模型近似误差验证模型预测的效果；（5)如果近似模型可信度不够则通过增加样本或改变方法来提高其预测精度，如果近似模型具有足够可信度则可以使用该近似模型进行设计目标预测.Isight 软件提供的近似模型方法[S 1包括：（1)RSM 方法，即响应面模型方法；（2) RBF /E B F 方法，即径向基/椭圆基神经网络模型方法；（3 ) Orthogonal方法，S 卩正交多项式模型方法；（4) Kriging 方法，即克里格模型.2.3试验设计优化流程基于整车外流场CFD 分析，对整车的气动外形 进行优化，从而实现减小整车风阻的最终目的.以 Isight 软件作为试验设计优化平台，使用Sculptor 软16计算机辅助工程2017 年件作为网格工具实现外气动造型的快速变化.整车 及后视镜外气动特性优化流程见图2.图2外气动特性优化流程Fig. 2Process of aerodynamic characteristics optimization3 整车参数试验设计3.1首轮试验设计参数选取首轮共选取10个可变的外形设计参数进行试 验设计分析，分别为:前窗角、前舱角、前车体长度、格栅角、侧窗角、顶盖弧度、后车体长度、后窗角、后 侧鼓角、尾翼角.各参数变化示意见图3.参数均需要满足|定的设计范围要求，所选取的10 个设计参数其变化许可范围见表2.表210参数变化范围Tab. 2R a n g e of 10 parameters参数变化上限变化下限前窗角/(°)10-6前舱角/(°)10-6前车体长度/mm120-100格栅角/(°)5-3侧窗角/(°)14-6顶盖狐度/mm40-40后车体长度/mm100-120后窗角/(a)20-20后侧鼓角/(°)5-10尾翼角/(°)5-10整车外气动风阻系数对于各个设计参数的响应 关系往往存在很强的非线性.与正交试验相比，拉丁 超立方设计用同样的点数可以研究更多的组合，而 最优拉丁超立方设计使所有的试验点尽量均匀的分 布在设计空间内，具有非常好的空间填充性和均衡 性.因此，采用最优拉丁超立方的方法，对影响风阻 系数的10个参数进行设计取样.在样本空间内共选 取130个设计样本进行计算.进行试验设计首先需要将车体的造型参数化，通过网格调节变化实现车身空气动力学造型优化.将整车原始面网格导入Sculptor中进行网格变形，对样本空间内的130个设计样本通过建立网格变形 控制体直接对面网格进行操作进而改变车身造型; 再基于面网格，分别生成体网格进行整车外气动分 析计算，从而获取130个设计样本的风阻系数.主效应图为各个参数在整个设计空间内的平均 响应，可以大致反映各个参数对目标风阻系数的影 响，Pareto图可以反映各参数灵敏度.本次试验设计 中10个参数的主效应图见图4,Pareto图见图5.由首轮试验设计样本分析Paret◦图结果可知，10个参 数的灵敏度系数由大到小依次为:侧窗角、尾翼角、格栅角、后窗角、后侧鼓角、前舱角、前窗角、前车体 长度、后车体长度、顶盖弧度.3.3近似模型选取b) c) d)图3 10参数示意图Fig. 3 Schematic of 10 factors3.2首轮试验设计样本计算及分析由于整车造型要求、结构刚度等限制，各个设计获取所有的设计样本点及其对应的仿真分析结 果后，可通过创建近似模型的方法拟合样本空间的 近似响应.近似模型与样本点项符合的程度采用炉 值衡量，炉值越接近于1，表示近似模型可信度越 高.采用不同的近似模型获得的最优参数组合时的第2期彭婧，等:基于试验设计的某MPV整车外气动特性优化17-6 10前窗角/(°) a)前窗角-6 10前舱角/(。

CFD方案介绍CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是一种基于数值方法的流体力学模拟技术，可用于分析和解决与流体相关的问题。

它通过对流体的运动进行数值求解，预测流体的行为，并提供详细的流体力学信息。

CFD方案是一种将CFD技术应用于实际工程问题的方法和流程的总称。

它包括建立数学模型、网格划分、数值求解和后处理等步骤。

CFD方案可以帮助工程师在设计和优化过程中对流体流动进行准确的分析和评估。

CFD方案的步骤步骤1：建立数学模型CFD方案的第一步是建立数学模型，这是对实际工程问题进行描述的数学公式和方程。

在建立数学模型时，需要考虑所需的物理方程、边界条件和初始条件等。

CFD方案中常用的数学模型包括：•线性稳态模型：适用于稳态流动问题，如管道流动和流体输运等。

•瞬态模型：适用于瞬态流动问题，如爆炸冲击、速度冲击等。

•湍流模型：适用于湍流流动问题，如湍流边界层、湍流流体力学等。

步骤2：网格划分网格是对空间进行离散化处理的方法，用于将连续域的问题转化为离散域的问题。

在CFD方案中，网格划分是非常重要的一步，它直接影响到模拟结果的准确性和计算效率。

常见的网格划分方法包括：•结构化网格：将计算区域划分为规则的网格单元，适用于简单几何形状和边界条件规则的问题。

•非结构化网格：将计算区域划分为不规则的网格单元，适用于复杂几何形状和边界条件复杂的问题。

步骤3：数值求解数值求解是CFD方案中的核心步骤，它通过数值方法对建立的数学模型进行求解，得到流体的速度、压力和温度等相关信息。

数值求解方法可以分为迭代求解和直接解析两种。

常用的数值求解方法包括：•有限差分法（FDM）：将问题的连续域离散化为有限的局部域，并在每个局部域中使用差分近似来计算非线性方程。

•有限体积法（FVM）：将问题的连续域离散化为有限体积，利用控制方程在体积内进行积分得到离散方程。

•有限元法（FEM）：将问题的连续域划分为有限的单元，并在每个单元上构建适当的形函数来近似求解问题。

分类号 密级U D C 编号硕士学位论文基于CFD 的汽车外流场数值模拟及优化二零一五年五月研究生姓名： 查朦导师姓名： 苏小平申请学位级别： 硕士一级学科名称： 机械工程二级学科名称： 机械制造及其自动化Numerical Simulation and Model Optimization For Carbody Base on CFDA Thesis Submitted toNanjing Tech UniversityFor the Academic Degree of Master ofEngineeringBYMeng ZhaSupervisor: Prof. Xiaoping SuMay. 2015学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

研究生签名：日期：学位论文的使用声明□1、南京工业大学、国家图书馆、中国科学技术信息研究所、万方数据电子出版社、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文并通过网络向社会提供信息服务。

论文的公布（包括刊登）授权南京工业大学研究生部办理。

（打钩生效）□2、本论文已经通过保密申请，请保留三年后按照第一项公开（打钩生效）□3、本论文已经通过校军工保密申请，不予公开（打钩生效）研究生签名：导师签名：日期：日期：硕士学位论文摘 要随着汽车工业技术及经济的发展，人们对汽车安全性、舒适性要求越来越高，而这很大程度上取决于汽车空气动力特性。

由于近年来数值计算理论及计算技术的发展进步，在新车开发初期越来越趋向于采用计算流体力学对汽车空气动力性能进行测试计算，该方法试验周期短、耗资少。

机械设计中的气动优化研究在机械设计领域，气动优化研究是一项非常重要的工作。

通过对流体运动和空气动力学原理的研究，可以大大提高机械设备的性能和效率。

本文将探讨机械设计中的气动优化研究，并介绍一些常用的气动优化方法。

一、气动优化的背景和意义在机械设计中，气动力学是一个非常重要的方向。

随着科技的发展，人们对机械设备的性能和效率要求越来越高。

而气动力学作为一门研究流体运动和空气动力学原理的学科，可以为机械设计师提供很多有用的信息和指导。

气动优化的研究旨在通过改善机械设备的气流分布和阻力分布，以提高其性能和效率。

在汽车、飞机、风力发电机等领域中，气动优化已经成为一项不可或缺的工作。

通过气动优化，可以减小机械设备所受的阻力，降低能量损失，提高能源利用率。

二、常用的气动优化方法1. 数值模拟分析数值模拟分析是气动优化中最为常用的方法之一。

通过建立物理模型和数学模型，可以通过计算机模拟得到机械设备的气流分布和阻力分布。

数值模拟分析具有高精度、高效率的特点，可以大大加快气动优化的进程。

2. 实验测试实验测试是气动优化研究中不可或缺的一环。

通过搭建实验平台，可以对机械设备进行真实环境下的测试。

实验测试可以获得更加准确的结果，验证数值模拟分析的准确性。

同时，实验测试还可以发现一些数值模拟无法得到的问题和影响因素，对气动优化提供更多的信息。

3. 优化算法优化算法是气动优化中的核心内容。

通过建立数学模型和优化目标函数，可以利用优化算法搜索最优解。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。

这些算法可以根据不同的气动优化问题选择合适的算法进行求解。

三、气动优化的应用领域气动优化在很多领域都有广泛的应用。

以下是一些典型的应用领域。

1. 汽车工业在汽车工业中，气动优化可以减小汽车的空气阻力，提高行驶稳定性和燃油效率。

通过改进车身外形和空气流线设计，可以减小车辆在高速行驶时所受的阻力，降低空气湍流噪音，提高车辆的安全性和舒适性。

汽车空气动力学的仿真与优化设计一、概述汽车空气动力学是指汽车与运动空气之间的相互作用。

汽车在高速行驶时会在前方形成一个压缩空气区，而在车身后方则形成一个低压区，这个区域叫做“尾流”。

汽车空气动力学仿真与优化设计可以帮助设计者在保证车辆外观美观的前提下，将车辆的空气动力学性能进行优化，从而提高车辆的性能。

二、汽车空气动力学仿真汽车空气动力学仿真是利用计算机对车辆在不同速度下的空气动力学特性进行模拟和分析。

通过仿真可以得到车辆的气动系数、压力分布、气动阻力、升力等等数据。

其中，气动系数指的是车辆外形、前进速度、气流方向等参数对空气动力学特性的影响。

在汽车空气动力学仿真时，需要采用数学模型对车辆在运动时所承受的气流压力、阻力进行分析，同时要考虑车辆的形状、尺寸、质量等因素。

针对不同的车型和设计方案，需要选取不同的数值模拟工具和方法。

以CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）为例，利用CFD软件可以对空气在车辆表面流动的物理过程进行数值求解。

在求解过程中，需要将车身模型放入数值计算区域内，通过建立网格、设定运动状态和气流条件等设定参数，得出汽车在不同速度下的气动力学特性。

三、汽车空气动力学优化设计汽车空气动力学优化设计是指在保持车辆外观美观的前提下，对车辆外型进行改良，从而降低车辆的空气阻力和汽车的油耗。

优化设计主要包括以下几个方面：（一）车身风阻降低车身的设计和外形是在保证车辆美观的基础上进行优化的。

优秀的外形设计不仅能够提升车辆品质的形象，还可以通过降低车身风阻来减少空气阻力。

例如，凸起和边角分明的车身设计会导致流体分离，提高拖拽系数，增加风阻。

相反，流畅的车身设计会减缓空气流动并降低阻力，使车辆动力性能更好。

（二）提高车辆通风性在车辆高速行驶时，为了降低车辆的空气阻力，通风口和散热孔一般要尽量少，但是这也会导致车内温度过高。

因此，通过改变通风口位置或者设置特殊的气流引导装置，可以解决车内通风问题。

某乘用车气动造型设计及优化研究李小梅; 陈丹华; 王田修; 李书阳; 庞崇剑【期刊名称】《《装备制造技术》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】4页(P39-42)【关键词】空气动力学; 风洞试验; CFD; 优化分析【作者】李小梅; 陈丹华; 王田修; 李书阳; 庞崇剑【作者单位】上汽通用五菱汽车股份有限公司广西柳州 545007【正文语种】中文【中图分类】U4610 引言空气动力学特性是汽车的重要特性之一，直接影响到汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性[1]。

汽车的气动阻力与车速的平方成正比，气动阻力所消耗的功率与燃油又与车速的立方成正比。

通过汽车空气动力学的研究来降低汽车气动阻力、提高燃油经济性。

尤其汽车在高速行驶时，空气动力性能会直接影响操纵稳定性能和安全性能，所以对汽车空气动力学进行研究是非常必要的。

本文利用CFD数值模拟方法对某乘用车外流场进行了空气动力学分析及优化，并与风洞试验结果进行对比。

1 理论基础流体流动要受到物理守恒定律的支配，基本的守恒定律包括：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。

由三个守恒定律联立得到N－S方程组，N－S方程组是流体流动所需遵守的普遍规律。

目前工程上应用最广泛的是雷诺时均N-S方程[2]：其中i=1，2，3表示坐标三个方向，xi是坐标的三个分量。

在水平路面上等速行驶的汽车，驱动力全部用来克服滚动阻力和气动阻力。

假设汽车前后的滚动阻力相同，汽车的重力和气动升力均匀分布在四个车轮上，则汽车的最大车速可表示为[3]：其中Vmax为最高车速，Fmax为最大驱动力，G为车重，f为滚动阻力系数，A为汽车正投影面积，CD为汽车气动阻力系数，CL为汽车气动升力系数。

可见在最大驱动力时，车重及其它因素不变的情况下，最高车速取决于气动阻力系数和气动升力系数。

显然减小气动阻力系数可提高最高车速[3]。

2 仿真分析与优化2.1 有限元模型建立计算模型为某小型乘用车，把整车模型按1∶1的比例导入到前处理软件中建立三维模型，对车身模型进行简化处理，整车模型基本包括所有对风阻有影响的大部件，计算模型如图1所示。

基于CFD的发动机性能优化《基于 CFD 的发动机性能优化》发动机作为现代工业的核心部件之一，其性能的优劣直接影响着整个设备的工作效率、能源消耗以及排放水平。

随着科技的不断进步，计算流体动力学（CFD）技术在发动机性能优化方面发挥着越来越重要的作用。

CFD 是一种通过数值计算来求解流体流动和传热等物理问题的方法。

在发动机领域，它可以模拟发动机内部的复杂流动现象，如进气、压缩、燃烧和排气过程，从而为优化发动机的设计提供有力的依据。

首先，让我们来了解一下发动机性能优化的重要性。

一台性能出色的发动机不仅能够提供强大的动力输出，还能降低燃油消耗，减少污染物排放，延长使用寿命。

而要实现这些目标，就需要对发动机的各个部件和工作过程进行精心设计和优化。

在进气系统的优化方面，CFD 可以帮助我们分析进气道的形状、长度和截面变化对气流速度和压力分布的影响。

通过模拟不同的进气方案，可以找到能够提高进气充量和均匀性的最佳设计，从而增加发动机的功率和扭矩。

对于燃烧室的优化，CFD 能够模拟燃烧过程中的燃料喷射、混合和燃烧反应。

通过调整燃烧室的形状、火花塞位置和喷油策略，可以实现更快速、更完全的燃烧，提高热效率，降低有害排放物的生成。

在排气系统中，CFD 可以研究排气管的长度、直径和弯曲程度对排气阻力和回压的影响。

合理的排气设计可以减少排气能量损失，提高发动机的换气效率。

然而，基于CFD 的发动机性能优化并非一帆风顺。

在实际应用中，存在着一些挑战和限制。

模型的准确性就是一个关键问题。

为了准确模拟发动机内部的复杂流动和燃烧过程，需要建立精确的几何模型和物理模型。

这不仅需要对发动机的结构和工作原理有深入的了解，还需要对相关的流体力学和热力学知识有扎实的掌握。

计算资源和时间也是制约因素。

复杂的 CFD 模拟往往需要大量的计算资源和时间。

对于一些大型的发动机模型，一次完整的模拟可能需要数天甚至数周的时间。

因此，在实际应用中，需要合理简化模型，采用高效的算法和并行计算技术，以提高计算效率。

气动制动系统设计与优化气动制动系统在汽车工程中扮演着至关重要的角色，它能够有效地将动能转化为热能，从而减缓车辆的速度并保证行车安全。

在汽车制动系统中，气动制动系统是一种常见且关键的辅助制动系统。

在现代汽车设计中，为了提高制动效率和性能，气动制动系统的设计和优化显得尤为重要。

气动制动系统的设计和优化首先需要考虑的是气缸的选型和性能。

气缸是气动制动系统中最核心的部件之一，它直接影响到制动系统的反应速度和制动力度。

因此，在设计气动制动系统时，需要根据车辆的重量、速度和制动需求等因素来选择合适的气缸类型和规格。

在优化气缸性能方面，可以通过改变气缸的结构设计、材料选用和工艺提升等方式来提高气缸的制动效果和耐用性。

其次，在气动制动系统的设计和优化过程中，制动盘和制动片的选用也至关重要。

制动盘和制动片是气动制动系统中直接接触和摩擦的部件，它们的质量、摩擦系数和热导性等特性直接影响到制动系统的性能和稳定性。

为了提高气动制动系统的制动效果，需要根据车辆使用环境和制动需求来选择合适的制动盘和制动片，并通过优化其材料和结构设计来提高其摩擦性能和耐磨性。

另外，气动制动系统的设计和优化还需考虑到气压控制系统的设计和调节。

气压控制系统是气动制动系统中控制气动元件工作状态和制动力度的关键部件，其稳定性和精准度直接影响到制动系统的响应速度和制动效果。

因此，在设计气动制动系统时，需要考虑到气压控制系统的工作原理和参数设定，通过合理的气压控制策略来实现制动力的精确控制和优化。

此外，在进行气动制动系统的设计和优化时，还需要考虑到系统的整体布置和气路设计。

优化气动制动系统的气路设计可以有效地减少气体流动阻力和能量损失，提高系统的制动效率和稳定性。

在系统布置方面，需要充分考虑到各种气动元件之间的连接方式和布局，以确保气体流动的顺畅和制动力的传递效果。

梳理一下本文的重点，我们可以发现，气动制动系统的设计与优化是一个涉及多方面知识和技术的复杂工程，需要从气缸、制动盘、气压控制系统到气路设计等多个方面进行综合考虑和优化。

10.16638/ki.1671-7988.2016.12.010造型设计阶段汽车气动特性优化陈佳伟（德州学院汽车工程学院，山东德州253023）摘要：汽车是现代社会发展体系中不可或缺的元素，为人们的出行、货物运输等提供了诸多的便利，其应用价值与社会价值是不可估量的。

新时期，汽车行业得到了全面的发展，汽车企业的数量在不断增加，汽车生产技术也在不断革新，各大企业均致力于提升汽车性能，文章针对汽车气动特性的不断优化，从汽车的造型设计阶段着手，展开了分析与探究。

从而达到增强汽车的机体运行性能的效果。

关键词：造型设计阶段；汽车；气动特性中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2016)12-29-03Car of aerodynamic optimization design stageChen Jiawei（School of automotive engineering, Dezhou University, Shandong Dezhou 253023）Abstract:Car is an indispensable element in the development of modern society system, for people's travel, goods transportation provides a lot of convenience, its application value and social value is immeasurable. In the new period, the automobile industry got the comprehensive development, the number of car companies are on the increase, auto production technology is also in constant innovation, companies are committed to improve automobile performance, based on the aerodynamic characteristics of continuous optimization, start from the design phase of the car, carried out analysis and inquiry. To strengthen the result of the car body running performance.Keywords: modelling design stage; Car; Aerodynamic characteristicsCLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-29-03前言现如今，私家车数量在逐渐增多，人们对汽车的性能、外观、实用性等都有了新的要求和认知，汽车车速在不断提高，进而所耗费的燃油会更多，气动性增强，为了实现燃油的经济性，提高汽车的运行性能，汽车行业在不断的探索与实践，寻求一种最新、高效、经济的汽车造型，为此，可将计算流体动力学（CFD）软件应用到汽车造型的设计之中，在汽车操行设计阶段，将优化气动特性充分考虑其中，以提升整辆汽车的设计价值与实用价值。

２０２０年（第４２卷）第６期汽　车　工　程ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ２０２０（Ｖｏｌ．４２）Ｎｏ．６ｄｏｉ：１０．１９５６２／ｊ．ｃｈｉｎａｓａｅ．ｑｃｇｃ．２０２０．０６．００９某ＭＰＶ车型的尾翼气动优化研究 原稿收到日期为２０１８年９月７日，修改稿收到日期为２０１９年１月１４日。

通信作者：秦鹏，工程师，Ｅ ｍａｉｌ：ｐｅｎｇ＿ｑｉｎ＠ｐａｔａｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。

秦　鹏，詹　佳，李峥峥（泛亚汽车技术中心有限公司，上海　２０１２０１）［摘要］　为优化某ＭＰＶ车型的气动性能，基于风洞试验结合试验设计优化方法对其尾部的尾翼零件包括尾翼本体和侧面饰板进行多参数的优化。

通过在风洞试验中的优化获得了该车型尾部的气动最优造型方案，相比原始造型方案，整车阻力降低约２ ９％。

之后对优化前后的造型方案进行了ＣＦＤ仿真，对比了优化前后的压力分布和流场的差异，分析了整车阻力降低的原因。

最后通过对比整车各区和零件上的阻力变化进一步验证了阻力降低的原因，为ＭＰＶ车型的尾部气动开发提供了优化方向。

关键词：ＭＰＶ；风洞试验；尾翼优化；降阻；ＣＦＤ分析ＳｔｕｄｙｏｎＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＲｅａｒＳｐｏｉｌｅｒｉｎａＭＰＶＱｉｎＰｅｎｇ，ＺｈａｎＪｉａ＆ＬｉＺｈｅｎｇｚｈｅｎｇＰａｎＡｓｉａＴｅｃｈｎｉｃａｌＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１２０１［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　ＡｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａＭＰＶｂｙｍｕｌｔｉ ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｎｒｅａｒｓｐｏｉｌｅｒｉｔｓｅｌｆａｎｄｓｉｄｅｔｒｉｍｐａｎｅｌ．Ｂｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔ，ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｏｐｔｉｍｕｍｓｔｙｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅｏｆｒｅａｒｅｎｄｉｓｏｂ ｔａｉｎｅｄ，ｌｅａｄｉｎｇｔｏａｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｒｏｕｎｄ２ ９％．Ｔｈｅｎ，ａＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｏｎｔｈｅｓｔｙｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅｓｂｏｔｈｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｆｔａｉｌ ｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｒｅｇｉｏｎａｎｄｐａｒｔｔｏｄｒａｇｃｈａｎｇｅａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ，ｗｈｉｃｈｆｕｒｔｈｅｒｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄｅ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｒｅａｒ ｅｎｄｏｆＭＰＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＰＶ；ｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｔｅｓｔ；ｒｅａｒｓｐｏｉｌｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＣＦＤａｎａｌｙｓｉｓ前言在整车的研发过程中，气动开发是其中的重要部分，降低整车阻力系数，可有效提升整车燃油经济性。

基于Starccm+的某车型外气动特性DOE优化付强，赵婧，芦克龙，马金英，范士杰（中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春，130011）摘要：本文以某三厢阶背式经济型轿车为研究对象，使用Starccm+计算软件，结合实验设计和优化理论，对某车型外气动特性进行DOE优化，使目标车型风阻系数降低6.5%。

关键词：外气动降阻优化，实验设计（DOE），CFD0 前言本文使用Starccm+仿真软件，结合实验设计和优化理论，对某经济型轿车开展基于参数化模型的外气动特性DOE优化，综合考虑空气动力学专业特有的耦合特性，解决以往降阻分析过程中仅对单参数进行优化而导致分析结果不全面的问题，以及因多参数优化工作量巨大而难以依靠人工完成的问题。

1 技术路线本文首先使用与优化目标车型具有相同造型特征的参数化模型进行降阻优化分析，通过改变目标参数来获得参数间最佳匹配关系，进而将优化结果反馈至目标车型上，指导目标车型进行降阻优化改进，最终获得最佳低风阻车身造型。

具有计算速度快，分析效率高，结果反馈及时迅速的特点，适合在总布置阶段及造型设计初期使用，可及时明确降阻目标，提供优化方向，使工作更加具有针对性。

本文研究工作建立在一个可实现对多参数、大样本量问题进行自动计算、全局寻优的优化计算平台的基础上，通过集成体网格变形文件Sculptor、流体计算软件Starccm+和优化软件 Isight，实现自动寻优计算。

本文的技术路线具体实现形式为：建立参数化模型→设置变形参数→选取试验设计方法→搭建DOE模型→全局变形计算→模型参数关系分析→自动寻优→最终优化方案确定→最佳参数组合验证→CAS模型验证。

2 参数化模型整车的总体参数匹配是影响整车风阻系数的关键因素之一，良好的参数匹配是低风阻车型的基础。

基于量化参数的思想，建立参数化模型，方便定量修改，基于空气动力学分析的目标与基本原理，确定简化模型需要符合以下原则：1.体现原造型方案的基本特征；2.为满足与实际车型符合度高、适于修改和方便计算的多方面需求，简化模型应多由平面构成，连接处为圆弧曲面；3.需保证简化模型与CAS模型的匹配关系，当简化模型向真实模型拓扑时，由简化模型计算得出的优化方案在CAS造型上使用可获得相应的降阻效果。

fluent气流模拟案例Fluent气流模拟是一种用于模拟和分析流体力学问题的计算流体力学（CFD）软件。

它可以模拟各种气流问题，包括空气动力学、热传导、物质输运等。

下面是一些关于Fluent气流模拟的案例。

1. 空气动力学模拟：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟飞机、汽车等运动物体在空气中的行为。

通过调整模拟参数，可以了解空气动力学特性对运动物体的影响，帮助优化设计和改进性能。

2. 空调系统优化：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟和优化建筑物中的空调系统。

通过模拟空气流动和热传导，可以评估不同的空调布局和参数设置对室内温度和空气质量的影响，进而提高空调系统的效率和舒适性。

3. 汽车气流优化：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟汽车外部空气流动，以优化汽车的空气动力学性能。

通过调整汽车外形、车身下部的扰流器和气动套件等设计，可以减小汽车的空气阻力，提高燃油经济性和稳定性。

4. 风电场效应：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟风电场中的风流场。

通过分析风流的速度和方向分布，可以选择合适的风力发电机位置和朝向，最大限度地利用风能，提高风力发电场的发电效率。

5. 空气污染扩散模拟：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟空气中污染物的扩散过程。

通过分析污染物的浓度分布和传播路径，可以评估不同污染源的排放对环境的影响，帮助制定相应的环境保护措施。

6. 燃烧过程模拟：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟燃烧过程中的气流和热传导。

通过分析燃烧室内的温度、压力和燃料燃烧效率等参数，可以优化燃烧系统的设计和操作，提高能源利用效率和减少污染物排放。

7. 管道流动分析：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟管道中的气体或液体流动。

通过分析流速、压力损失和流量分布等参数，可以评估不同管道布局和直径尺寸对流体输送的影响，帮助优化管道系统的设计和运行。

8. 飞行器气动特性评估：利用Fluent气流模拟软件，可以模拟飞行器在不同飞行条件下的气动特性。