某新能源厢式货车导流罩外流场对比分析

胡志雯　吴庆捷　刘欣成　金显哲　周亮　何周光　罗旭

摘 要：为了获取某厢式货车加装导流罩前后的外流场特性，基于RNG k-ε模型并且对整车模型简化处理，获取了整车的速度矢量图、静压图和流线图，由分析结果可知，当未加装导流罩时，车厢的正面压力约为500Pa，其风阻系数为0.685。当加装导流罩时，导流罩的正面壓力约为200Pa，其风阻系数为0. 559，降低了22.4%，改善效果较明显。

关键词：导流罩;外流场;风阻;改进

中图分类号：U272  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）03-21-03

引言

导流罩[1-3]是提高厢式货车运输效率、减少柴油消耗的主要部件，其将周围空气引导向高处流动，极大地提升了车厢前档的流线性指标和驾驶室与货厢之间空隙处空气的断续现象，尽量减少空气涡流，提高了厢式货车的燃料经济性。本文通过分析某厢式货车的外流场，得到该车型安装导流罩和未安装导流罩的风阻系数。厢式货车的外流场重点是安装导流罩后，其附近的流场流动情况，若流动情况不太理想，则对导流罩的形状、角度等提出相应的改进建议。

1 建立整车流场分析模型

对表面局部凹凸作平滑处理，并且对车身前部的冷却进风部位和底部部分作光滑处理。为了节约计算时间，仅以右侧的模型为计算对象，且车后的计算域取7倍的车长。

模拟计算时则采用RNG k-ε模型[4-5]，入口边界条件：速度入口80km/h。出口边界条件：pressure_outlet，相对压力为0。地面设置为静壁面，车身及其它壁面均给无滑移固壁面边界条件，温度为300K，以此建立整车流场计算域模型如图1所示。

2 未加装导流罩流场分析结果

如图2所示为未装导流罩的整车静压图，由图2可知，由于驾驶室跟后车厢之间的高度差，导致气流直接冲击后车厢，且在车厢顶部拐角处出现明显的气流分离，产生涡流，造成能量损失，出现负压区。在车厢的正面由于没有导流罩的过渡引流，气流直接冲击到车厢上，这里的正压面积增大，压力大约是500Pa。在车厢的后部，由于气流的分离作用，产生了负压，大约在-100Pa左右。

如图3所示为未装导流罩的整车静压图，由图3可知，在驾驶室顶部拐角处出现了气流分离，驾驶室顶上拐角处由于气流分离产生高速区。由于没有导流罩这个实体存在，所以产生的整个流场还是不一样的。

3 加装导流罩的流场分析结果

如图4所示为车身与后视镜静压图，由图4可知，驾驶室正前方和后视镜部分区域是高压区，而侧面由于气流分离所以产生负压区，顶部由于导流罩的影响，前半部分是正压区，后半部分是负压区。

图5所示为整车对称面静压图，由图5可知，气流在车厢尾部产生分离，形成上下两个漩涡，使车厢背面产生负压的原因。在卡车尾部由于气流产生了分离，所以形成了两个较大的涡流，造成能量的损失，形成了负压区。在车厢的前面有高压区，这是由于导流罩的宽度不能完全覆盖到车厢的左顶角部分，造成来流直接冲击到车厢正面，所以形成部分高压区。前后车轮与来流垂直部分为高压区。

如图6所示为整车Y方向速度截面图，由图6可知，在导流罩内部，空气流动变化较大，形成了一个中心速度较低的涡流区。Y1=200的截面上基本就是涡流低速位置，这一点还要从Z方向和X方向的速度截面图来印证。车厢底部的流动在Y2和Y3位置受到后车轮的影响较明显。导流罩内的顺时针涡流是由于侧面气流直接冲击在后车厢上，改变流动方向，流入导流罩内，在导流罩内受到导流罩形状的影响而形成的涡流。由于改变流动方向的气流在对称面上相遇，大小相同，但方向相反，所以在对称面处形成一块低速区，但在X方向，由于气流流动方向相同，所以流速得到加强。由于侧面的凹凸不平及后视镜的影响，在车身侧面产生了一些小的漩涡。在导流罩内基本没有 X截面方向的漩涡，这也印证了前面看到的导流罩内的涡流是 Z截面方向的。

如图7所示为整车流线图，由图7可知，在车尾部两个明显的漩涡及车底部也有明显涡流。后视镜附近的流线比较紊乱，证明后视镜处的流动更复杂。从导流罩处的流线可以看到，导流罩的高度还可以适当提高，这样可以使流线能更平顺的过渡到车厢顶部，同时导流罩的宽度也可适当加宽，使导流罩两侧的流线也能平滑过渡。

如表1所示为卡车各部分风阻系数。由表1可知，导流罩得到的风阻系数为负值，说明导流罩对于抑制风阻有积极作用，同时驾驶室和车厢产生的风阻所占比例是最大的。安装导流罩前后，可以看到对各部分的风阻影响都较明显，但风阻作为一个整车的性能参数，应该整体来考虑卡车的风阻

大小，所以增加导流罩对降低整车的风阻系数是有帮助的，风阻降低幅度达到了22.44%。

5 结论

基于RNG k-ε模型对某厢式货车未加装导流罩和加装导流罩的外流场进行仿真对比分析，当未加装导流罩时，车厢的正面压力约为500Pa，其风阻系数为0.685，驾驶室跟后车厢之间的高度差，导致气流直接冲击后车厢，且在车厢顶部拐角处出现明显的气流分离，产生涡流，造成能量损失，出现负压区。当加装导流罩时，导流罩的正压为200Pa，其风阻系数为0.559，其导流罩外侧壁面静压分布除两侧及转角位置外呈放射性递减。

参考文献

[1] 张英朝，丁伟，陈涛，等.商用车驾驶室导流罩气动造型设计[J].汽车工程，2014，36（6）：1063-1067.

[2] 王靖宇，胡兴军，田华，等.导流罩对轻型厢式货车气动特性影响的数值模拟[J].吉林大学学报（工学版），2008，38（1）：12-16.

[3] 魏秀玲，张强，薛建民，等.导流罩对厢式货车空气阻力特性的影响[J].机械设计与制造，2008（2）：28-30.

[4] 刘志恩，尹婧，颜伏伍，等.κ-ε模型和RNG模型模拟分析车用空滤器湍流流场[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2012，36（2）：278-282.

[5] 徐光甫.先进湍流模型在发动机缸内流动模拟中的应用[D].大连：大连理工大学，2015.

[6] 朱卫东，刘学琼，田勇.汽车滑行阻力系数的测定方法研究[J].汽车技术，2010（6）：40-42.