基于CFD的汽车主动进气格栅匹配与仿真分析

汽车主动格栅系统是近年来新兴的一项减阻技术,它通过在不同工况下合理的控制进气格栅叶片的攻角,调节进入进气格栅的冷却风量,在保证发动机合适工作温度环境的同时,降低车辆行驶过程中的气动阻力,提升整车燃油经济性,并在车辆高速行驶时,对整车风阻的降低及动力性的提高有十分明显的效果。本文使用计算流体力学方法对配置主动格栅系统的某SUV进行了CFD数值仿真及相关分析,得到了整车外流场及发动机舱内流场的详细数据,根据格栅叶片不同攻角下发动机舱内流场、散热表现等对主动格栅系统叶片及叶片攻角控制策略进行了设计及优化。本文的主要研究内容整理如下:1)结合整车厂常用的汽车空气动力学数值模拟方法,对汽车风洞数值仿真理论及方法进行了分析及探究,借助流体力学软件STAR-CCM+对试验车型进行了风洞试验三维数值模拟;2)根据整车风洞模拟的流场表现设计并建立了主动格栅系统三维模型,初步设计了主动格栅系统叶片攻角随汽车行驶工况变化的试验方案,完成了相关仿真计算,得到了汽车风阻、散热能力及发动机舱内流场随格栅叶片攻角变化的规律,对不同行驶工况下的主动格栅系统控制策略进行了初步设计。3)利用ANSYS Fluent完成了主动格栅系统的二维流固耦合仿真,得到了不同主动格栅系统叶片攻角下车体受力情况及冷却模块散热信息,利用GA-PSO算法完成了对主动格栅系统叶片造型的优化,得到了较好的发动机舱流场结果。4)根据主动格栅系统的CFD仿真结果,结合发动机舱热平衡方程建立了主动格栅系统的数学模型,并基于SIMULINK建立了主动格栅系统的控制模型,完成了不同工况下格栅攻角的调整。5)对主动格栅系统及其控制方案的进行了验证及分析,结果表明了主动格栅系统在Ⅰ型试验用运转循环下降低3.17%燃油消耗的效果。最后对主动格栅的设计和优化过程进行了总结和展望。