为研究沙尘环境下高速列车明线运行时的气动特性,基于剪切应力传输模型SST k-w双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,与无沙环境下的高速列车气动特性进行比较,计算分析不同沙粒浓度、不同车速下的高速列车气动特性。计算结果表明:沙尘环境下,当车速一定时,列车整车气动阻力、头车气动阻力、尾车气动阻力均随沙粒浓度增加而逐渐增大,且与沙粒浓度近似呈线性关系;对于气动升力,当车速一定时,头车气动升力绝对值随沙粒浓度的增加而增大,尾车气动升力随车速的增加而降低。该研究成果可为高速列车在沙尘环境中的运行安全提供理论参考。

汽车行驶速度提升的同时也带来了高速稳定性和节能减排2个问题。运用汽车空气动力学原理,基于某款车型,利用STAR-CCM+仿真工具建立尾翼的物理模型。通过模拟仿真,发现加装尾翼后,在车速小于120 km/h的5种不同速度条件下,整车气动阻力可降低1%~3%,气动升力可降低43%~46%。结果表明,加装尾翼可改善汽车的气动特性,降低油耗并显著提高汽车的操纵稳定性。该结果可为汽车动力学研究提供参考。

汽车冷却系统前端进气量直接影响发动机舱的散热性能和气动阻力。针对某安装主动进气格栅(AGS)的乘用车在高速与低速行驶工况下,发动机存在过度冷却与过热等问题,采用计算流体力学(CFD)方法,分析了不同工况下,格栅进气角度与风扇转速对前发动机舱流场的影响;建立了格栅角度与风扇转速优化匹配的准则与方案,并通过匹配实例仿真和实车实验,对匹配方案的实际效果进行验证,结果表明,该进气模块匹配方案能满足极限工况下的散热需求,百公里油耗降低0.166 L。

针对汽车底部复杂流场结构存在的问题及其对汽车燃油经济性的影响,以降低气动阻力为目标,采用计算流体动力学方法研究了侧风工况下汽车底部复杂流场的主动和被动控制减阻方法,设计了阻流板、侧裙、底部抽吸控制槽和尾部气流喷射控制槽4种减阻方案,分析了各方案对气动阻力的影响和减阻机理。研究结果表明,减阻效果与横摆角、阻流板高度、侧裙高度、底部控制槽抽吸速度和尾部控制槽气流喷射的速度与角度有关,4种减阻方案的气动阻力最大降幅分别为9.4%,10.4%,13.5%和4.7%。在实际使用过程中,宜根据汽车运行环境采用动态控制方法,以达到最优减阻效果。汽车模型风洞实验验证了本文中数值计算方法的准确性,研究结果可为汽车设计提供参考。

为了解决传统阻流板自身气动阻力过大的问题，提出了多孔介质阻流板和仿生阻流板两种新结构方案。利用计算流体动力学方法分析了两种方案在不同横摆角工况下的气动阻力变化规律，揭示了两种新结构的减阻机理;相比传统阻流板，两种新结构的气动阻力峰值分别减小了3.3%和4.7%。在此基础上，提出了仿生阻流板和侧裙的组合结构方案，解决了传统阻流板中大横摆角时整车气动阻力增大的问题;相比传统阻流板，组合结构的气动阻力峰值减小了10.7%。比例模型风洞试验验证了所提方案的正确性。

采用合成射流作为主动控制手段,对自由空间中D型体尾流的控制机理和气动减阻进行了数值仿真.合成射流布置在D型体垂直背上下缘处并同时作用,射流方向与来流方向平行,频率从40 Hz变化到500 Hz.结果表明,在整个频率范围内都实现了减阻.在低频激励(65 Hz)作用下,尾流上下两侧剪切层趋于同步化,汇合位置延后,卡门涡街强度减弱;在高频激励(500 Hz)作用下,伴随着整流,剪切层向内偏转,尾流夹带现象减弱,回流区略延长.卡门涡街的抑制对于钝体尾流的形成以及减阻效果有着显著的影响.

为了研究凹坑单元不同排列方式对直升机气动阻力的影响，分别在直升机尾舱门处布置矩形排列、菱形排列和等差排列的凹坑单元。采用基于剪切应力输运模型（k-ωSST）的计算流体力学方法，对比分析了不同排列方式的减阻效果、后体局部流场和表面压力分布情况。计算结果表明，以菱形排列的凹坑形非光滑表面可以获得最好的气动减阻效果，机身总减阻率可以达到10.9%。进一步分析发现，由于在相同大小曲面内，菱形排列能够布置最多的半球形凹坑单元，而半球形凹坑单元可以延缓机身后体流动分离，抵消对阻力直接做出贡献的低压区面积，从而减小机身的气动阻力。

建立了火炮底凹弹丸的数值计算模型，基于Navier-Stokes方程对底凹弹的超声速绕流流场进行了求解，得到了弹丸的流场参数与阻力系数，探讨了不同底凹侧壁倾斜角度对底凹结构减阻性能的影响。研究发现:就提高弹丸底压以减小其气动阻力而言，带有“收缩角”的底凹结构优于传统的圆柱状底凹结构;底凹结构的“收缩角”存在最优值。

为降低某货车的气动阻力,本文对导流罩形式、遮阳板角度以及挂车高度进行了空气动力特性的数值模拟,得到了货车模型外流场的压力云图和速度云图,分析了各种方案的减阻机理。通过分析比较,改变导流罩的形式和遮阳板角度可以有效的减少阻力效果,挂车高度对阻力影响不大。分析结果可以对后续的匹配设计提供参考依据。

本研究通过延迟分离涡模拟(DDES)方法研究了不同的受电弓参数和列车长度对高速列车气动阻力的影响,其中列车的几何形状选择带有受电弓的高速列车和具有3、5、8、10、12、16和17辆车不同编组数的高速列车,数值计算结果通过风洞试验得到验证,其数值计算结果与风洞试验结果相差3.6%。分析了编组数以及受电弓的位置、数量和结构对高速列车周围流场和尾涡流的影响,中间车的空气阻力沿空气流动方向逐渐减小,而受电弓的空气阻力随其向后移动而减小,其中第一个受电弓的空气阻力减小得十分明显,随着受电弓数量的增加,其对后面车辆的空气阻力减小的影响更加明显。本文还提出了带有受电弓的高速列车气动阻力的工程应用公式。对于10车和17车编组的列车,应用公式和仿真结果之间的总空气阻力差异分别为1.2%和0.4%。本研究中提出的工程应用公式可以很...