【摘 要】
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随着社会的发展和人们生活水平的提高,我国汽车保有量在逐年上升,2019年总保有量达到了2.6亿辆,预计未来仍将保持增长的趋势。汽车行业不断发展的同时,也带来了能源需求日益增加、环境污染问题加重等社会问题。改善汽车气动特性,对于提升汽车燃油经济性有着重大意义。汽车主要的能源用于克服汽车的行驶阻力,汽车行驶阻力包括机械阻力和空气阻力。当汽车行驶速度增加时,空气阻力占总阻力比例也将会增加。当汽车处于高速
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随着社会的发展和人们生活水平的提高,我国汽车保有量在逐年上升,2019年总保有量达到了2.6亿辆,预计未来仍将保持增长的趋势。汽车行业不断发展的同时,也带来了能源需求日益增加、环境污染问题加重等社会问题。改善汽车气动特性,对于提升汽车燃油经济性有着重大意义。汽车主要的能源用于克服汽车的行驶阻力,汽车行驶阻力包括机械阻力和空气阻力。当汽车行驶速度增加时,空气阻力占总阻力比例也将会增加。当汽车处于高速行驶时,汽车气动阻力将会是汽车行驶阻力的主要来源,此时降低空气阻力可以更为显著地节省燃油,提升行驶里程。本文以Ahmed模型和GTS（Ground Transportation Systems）模型为研究对象,针对汽车模型的外流场流动特点,创新性地设计了尾部和顶部的减阻装置,以控制汽车外流场,并研究了附加装置的减阻机理。主要研究工作包括:（1）以混合RANS/LES的模式,应用基于SST k-ω的IDDES模型对Ahmed简化小型车模型的外流场进行数值求解,预测到了斜面复杂的三维流场结构。应用基于Transition SST的IDDES模型对GTS简化大货车模型的外流场进行数值模拟,预测到了顶部的转捩和湍流特征。相比单一RANS或LES模式,同时保持了计算效率与计算精度;（2）针对Ahmed模型的尾流结构,以影响压差阻力和摩擦阻力的角度,在斜面和背面设计涡发生器和沟槽,对模型进行了气动减阻,实现了最高6.21%的减阻效果。在此基础上,设计不同于传统单一装置的组合控制策略,实现了减阻装置的协同减阻效果,保持压差阻力和摩擦阻力同时产生降幅,进一步提升减阻率至8.62%;（3）针对GTS长车身的结构特点,在研究侧重点较少的顶部区域设计了圆柱和凸起两种附加装置,通过使流动提前发展成湍流,降低尾部湍流作用,实现了最高5.94%的减阻效果。在此基础上,从压差阻力与摩擦阻力、附加装置湍流发展与耗散等多角度进行分析,进行了减阻装置结构参数的优化,将减阻幅度提升至了6.91%。
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