[发明专利]一种针对客车涡系捕捉的非线性湍流模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种针对客车涡系捕捉的非线性湍流模型的构建方法，包括以下步骤：A、建立客车模型及三维计算流域并划分网格；B、建立由不可压流动控制方程组、非线性LRN/DES湍流模型组成的汽车外流场流动计算流体动力学模型；C、进行边界条件和计算设置；D、进行汽车外流场数值计算；E、获得大客车的非定常外流场特性，通过求解外流场流动计算流体动力学模型得到汽车外流场速度分布、压力分布、湍动能分布、流线，获得客车流程速度云图，压力云图、湍动能云图、流线图以及气动阻力和气动升力。本发明能够解决现有技术的不足，解决了气流在转捩发生后产生的与物体表面分离现象的预测精度问题，提高了大客车等钝体外形的气动力计算精度。

技术领域

本发明属于汽车空气动力学技术领域，具体是一种针对客车涡系捕捉的非线性湍流模型的构建方法。

背景技术

客车是一种长钝体外形结构，其周边流场中存在大量气流分离导致的涡系结构，该结构对客车的气动特性具有显著影响。客车空气动力学仿真计算通常采用k-espilon湍流模型进行计算，常用的湍流模型存在两个问题：第一，无法准确计算客车的壁面边界层流动，主要是不能准确预测层流转捩现象；第二，无法准确捕捉边界层分离产生的涡系结构。发明人于2015年在《中国机械工程》上公开了“基于改进LRN k-ε模型的汽车气动特性研究”一文，主要解决了仿真计算过程中对气流在物体表面发生转捩现象的预测精度问题。但是，其并未解决气流在转捩发生后产生的与物体表面分离现象的预测精度问题，导致大客车等钝体外形的气动力计算精度不能进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种针对客车涡系捕捉的非线性湍流模型的构建方法，能够解决现有技术的不足，解决了气流在转捩发生后产生的与物体表面分离现象的预测精度问题，提高了大客车等钝体外形的气动力计算精度。

本发明的内容包括以下步骤，

A、建立客车模型及三维计算流域并划分网格；

B、建立由不可压流动控制方程组、非线性LRN/DES湍流模型组成的汽车外流场流动计算流体动力学模型；

C、进行边界条件和计算设置；

D、进行汽车外流场数值计算；

E、获得大客车的非定常外流场特性，通过求解外流场流动计算流体动力学模型得到汽车外流场速度分布、压力分布、湍动能分布、流线，实现对对客车外流场的高精度数值预测，对客车流场计算结果进行后处理，获得客车流程速度云图，压力云图、湍动能云图、流线图以及气动阻力和气动升力。

作为优选，步骤A中，三维计算流域入口边界距客车前端为车长的3倍，出口边界距客车后端为车长的7倍，计算流域长度为车长的11倍，宽度为车宽的7倍，高度为车高的5倍。

作为优选，步骤A中，网格采用多面体网格划分，采用密度盒进行加密，在客车表面生产5层精细的附面层。

作为优选，步骤B中，不可压缩流动控制方程组包括，

不可压缩连续性方程，

动量方程，

其中p,ρ,u分别为空气的压力、密度和速度，为平均雷诺应力；

将进行模化，建立非线性雷诺应力张量形式：

其中k、ε分别为湍动能和湍动能耗散率，μ_t是湍流粘度，S_ij、Ω_ij分别为流体微团的应变张量和涡量张量，其定义为：

参数如下：