ЧИСЛЕННОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ  ОБТЕКАНИЯ  АВТОМОБИЛЯ  И  СОПОСТАВЛЕНИЕ  С  ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ  ДАННЫМИ

Погодин  Александр  Вячеславович

студент,  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Анучин  Илья  Евгеньевич

студент,  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Тумасов  Антон  Владимирович

доцент,  канд.  техн.  наук  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Катаева  Лилия  Юрьевна

доцент,  д-р  физ.-мат.  наук  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород

Масленников  Дмитрий  Александрович

канд.  физ.-мат.  наук  Нижегородский  государственный  технический  университет  им.  Р.Е.  Алексеева,  Н.  Новгород,

E-mail: 

NUMERICAL  SIMULATION  OF  FLOW  AROUND  THE  CAR  AND  COMPARISON  WITH  EXPERIMENTAL  DATA

Pogodin  Alexandr

Nizhny  Novgorod  State  Technical  University  n.a.  R.E.  Alekseev,  N.  Novgorod  Anuchin  Ilya

Nizhny  Novgorod  State  Technical  University  n.a.  R.E.  Alekseev,  N.  Novgorod  Tumasov  Anton

Docent,  Ph.D.  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University.  R.E.  Alekseev,  N.  Novgorod

Kataeva  Liliya

Docent,  Doctor  of  Physics  and  Mathematics,  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University  n.a.  R.E.  Alekseev,  N.  Novgorod

Maslennikov  Dmitriy

Candidate  of  Physics  and  Mathematics  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University  n.a.  R.E.  Alekseev,  N.  Novgorod

АННОТАЦИЯ

Данная  работа  посвящена  численному  моделированию  обтекания  автомобиля  и  сопоставлению  результатов  с  данными,  полученными  при  обтекании  модели  автомобиля  в  аэродинамической  трубе.  Показаны  поля  скоростей  для  различных  конфигураций  автомобиля.  Результаты  численных  расчётов  хорошо  согласуются  с  экспериментальными  данными.

ABSTRACT

This  work  is  deals  with  the  numerical  simulation  of  flow  around  the  car  and  comparing  the  results  with  those  obtained  in  the  flow  model  of  the  car  in  the  wind  tunnel.  Velocity  field  for  different  vehicle  configurations  shown.  The  numerical  results  agree  well  with  the  experimental  data.

Ключевые  слова:  аэродинамика  автомобиля,  аэродинамическая  труба,  вычислительная  гидродинамика

Keywords:  vehicle  aerodynamics,  wind  tunnel,  computational  fluid  dynamics.

Исследования  выполнены  при  финансовой  поддержке  Министерства  образования  и  науки  РФ  в  рамках  проекта  по  договору  №  02.G25.31.0006  от  12.02.2013  г.  (постановление  Правительства  Российской  Федерации  от  9  апреля  2010  года  №  218).

До  недавнего  времени,  основными  методами  определения  аэродинамических  характеристик  было  испытание  готового  автомобиля  в  реальных  условиях  и  продувание  модели  в  аэродинамической  трубе  [1].  Недостатком  данных  методов  являются  высокие  издержки  в  случае  необходимости  моделирования  слишком  большого  количества  вариантов  конфигурации.  Благодаря  росту  вычислительных  мощностей  ЭВМ,  становится  актуальным  проведение  численных  экспериментов  для  исследования  аэродинамики. 

Для  исследования  модели  в  аэродинамической  трубе  и  при  помощи  численных  экспериментов  характерны  различные  виды  ошибок,  таких  как  загромождение  трубы,  сложности  моделирования  движущегося  со  скоростью  потока  воздуха  полотна  дороги,  погрешность  измерения  и  др.  [1].  Следует  отметить,  что  для  воспроизведения  числа  Рейнольдса,  необходимо  при  уменьшении  размеров  модели  увеличивать  скорость  потока,  что  во-первых  не  всегда  соответствует  возможностям  аэродинамической  трубы,  а  во-вторых  эта  скорость  не  должна  превышать  40%  скорости  звука,  чтобы  избежать  побочных  эффектов,  связанных  со  сжимаемостью  воздуха  [1].  Для  численного  моделирования  характерно  упрощение  моделируемых  физических  законов  и  численная  погрешность.  В  связи  с  вышесказанным,  целесообразно  проведения  сравнений  результатов  численных  расчётов  и  данных  по  экспериментам  в  аэродинамической  трубе. 

Целью  проведения  виртуального  эксперимента  является  сравнение  данных  полученных  при  эксперименте  в  аэродинамической  трубе  НГТУ  и  определение  погрешностей  для  учета  их  в  дальнейших  испытаниях.

При  моделировании  виртуального  эксперимента  в  качестве  начальных  условий  были  приняты  условия,  аналогичные  экспериментальным:  скорость  воздушного  потока  28  м/с,  соответствие  размеров  модели.  Для  численного  моделирования  обтекания,  использовался  программный  пакет  XFlow  2012  [2]. 

На  рис.  1  показано  поле  скоростей,  сформированное  при  обтекании  модели  седан.  Цвет  стрелок  указывает  на  локальную  скорость  потока  в  соответствии  со  шкалой  в  правом  верхнем  углу.  На  рис.  2  показано  распределение  скоростей  по  поверхности  модели.  Согласно  показанным  расчётам,  картинка  обтекания  над  автомобилем  достаточно  гладкая,  а  вихри  образуются  только  позади.  По  мере  удаления  от  автомобиля  поле  скоростей  стабилизируется.  На  рис.  2  видно,  что  наибольшая  скорость  потока  воздуха  характерна  для  рёбер  передней  части  автомобиля,  а  наименьшая  скорость  по  всей  задней  части  и  в  области  переднего  бампера. 

Рисунок  1.  Визуализация  плана  скоростей  в  виде  векторов

На  рис.  3  показано  поле  скоростей,  сформированное  при  обтекании  модели  хетчбек.  Цвет  стрелок  указывает  на  локальную  скорость  потока  в  соответствии  со  шкалой  в  правом  верхнем  углу.  На  рис.  4  показано  распределение  скоростей  по  поверхности  модели.  В  отличие  от  картины  обтекания  седана,  показанной  на  рис.  1—2,  скорость  на  поверхности  крыши  автомобиля  существенно  ниже,  а  над  ним  и  сзади  наблюдаются  сильные  вихри.

Рисунок  2.  Распределение  скоростей  по  поверхности  модели

Рисунок  3.  Визуализация  плана  скоростей  в  виде  векторов  для  модели  хетчбек

Рисунок  4.  Распределение  скоростей  по  поверхности  модели  хетчбек

На  рис.  5  показано  поле  скоростей,  сформированное  при  обтекании  модели  универсал.  Цвет  стрелок  указывает  на  локальную  скорость  потока  в  соответствии  со  шкалой  в  правом  верхнем  углу.  На  рис.  6  показано  распределение  скоростей  по  поверхности  модели.  Картина  обтекания  модели  универсал  аналогична  обтеканию  модели  седан.  Существенных  вихрей  не  образуется. 

Рисунок  5.  Визуализация  плана  скоростей  в  виде  векторов  для  модели  универсал

Рисунок  6.  Распределение  скоростей  по  поверхности  модели  универсал

В  таблице  1  сопоставляются  расчётные  и  экспериментальные  данные.

Таблица  1.

Сравнение  расчётных  и  экспериментальных  данных  по  лобовому  сопротивлению

В  данной  работе  показано,  что  расчёты  хорошо  согласуются  с  экспериментами  в  аэродинамической  трубе. 

Список  литературы: 

1.Гросс  Д.С.,  Сексинский  У.С.  Некоторые  проблемы  испытаний  автомобилей  в  аэродинамических  трубах  //  Аэродинамика  автомобиля.  Сб.  статей.  Пер.  с  англ.  Ф.Н.  Шклярчука.  Под  ред.  Чл.-кор.  АН  СССР  Э.И.  Григолюка.  М.:  Машиностроение,  1984.  —  376  с.,  ил.

2.XFlow  Next  generation  CFD.  —  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.xflow-cfd.com/  (дата  обращения  20.08.2013).