Математическое моделирование аэродинамики и загрязнения автомобиля при различных условиях его движения

• Автор: Киселева, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Г ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДИСПЕРСНЫМИ ЧАСТИЦАМИ ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ ЗАДАННОЙ КОНФИГУРАЦИИ
1.1. Экспериментальные и теоретические работы в области исследования
аэродинамики автомобиля
1.2. Современные подходы к изучению аэродинамики автомобиля в различных условиях
1.3. Современные инженерные подходы в борьбе с загрязнением
автомобиля
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ И ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕЛА ЗАДАННОЙ ФОРМЫ
2.1 Особенности моделирования аэродинамики при решении задач загрязнения движущегося тела
2.2 Моделирование процесса налипания частиц в предположении отсутствия их влияния на газовую фазу
2.3 Расчёт загрязнения движущегося тела на основе модели жидкой пленки
2.4 Расчёт загрязнения движущегося тела на основе модели инжекторабб
2.5 Расчёт загрязнения движущегося тела на основе модели дисперсной
многофазности
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРЫВНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ МНОГОПОЛОСНОМ ДВИЖЕНИИ КОЛОНН АВТОТРАНСПОРТА
3.1. Об особенностях использования разрывного преобразования координат для моделирования аэродинамики колонн автотранспортных средств, движущихся с разной скоростью
3.2. Результаты численного моделирования обгона и встречного
движения колонн автотранспортных средств и их анализ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение
Вопросы, связанные с распределением грязи по кузову автомобиля уже более полувека являются актуальными. С ростом скорости и плотности движения автомобилей более остро встаёт вопрос обеспечения безопасности. К ключевым составляющим безопасности следует отнести возможность водителя своевременно оценивать дорожную обстановку, реагировать на неё, и предсказуемость управления автомобилем, особенно при совершении маневров.
Одной из основных причин ухудшения восприятия дорожной обстановки является загрязнение стекол и бокового зеркала. Как известно, характер загрязнения обусловлен движением воздушных потоков с взвешенными частицами, связанным с аэродинамическими свойствами автомобиля.
Актуальность темы и востребованность результатов работы связана с возможностью использования разработанных алгоритмов для создания методик оптимизации конструкции автомобиля с учётом загрязнения их поверхностей, а также использования предложенного преобразования координат для моделирования движения группы колонн автомобилей, а также других движущихся тел.
Для улучшения видимости в современных автомобилях используются различные технические устройства, такие как автоматическая очистка наружных и боковых зеркал и сопряженных стекол (Старцев Н.В., Телин В.А., Попов Л.В. и др.). Другим способом является использование различного навесного оборудования, такого как дефлекторы, козырьки, ветровики, влияющего на аэродинамику транспортного средства, которое за счёт изменения потоков воздуха и взвешенных частиц, способствует уменьшению загрязнения. Вопросы, связанные с использованием навесного оборудования широко обсуждаются автолюбителями, однако, такие аксессуары не всегда эффективны. Использование различных покрытий для поверхностей автомобиля, которые требуется защитить от загрязнений,

позволяет уменьшить прилипание частиц грязи к ним. Подобные покрытия предлагаются различными компаниями. Исследованию влияния такого оборудования на аэродинамические характеристики посвящен ряд работ (Бартеньев C.JI. и др.)
Конструкторы автомобилей имеют более широкие возможности для решения данного вопроса. Им доступны возможности изменения формы кузова и различных элементов автомобиля, хотя и с учетом ограничений технических вопросов производства и требований к дизайну автомобиля. Множество работ посвящено влиянию формы автомобиля на его аэродинамику и эксплуатационные свойства (Благоразумов В.Е, Виноградов Ю.С.). Крупные автомобилестроительные компании, как правило, имеют оборудование для исследования различных характеристик автомобиля, такое как климатические аэродинамические трубы (Morelli A., Cogotti A. Marks C.H., Buckley F.T., Karl Peter, Buckley F.T., Marks C H. и др.).
Аэродинамика группы автомобилей имеет ряд особенностей, связанных с тем, что транспортные средства влияют друг на друга. Сложность численного исследования этих процессов обусловлена как нестационарностью задач и большим количеством различных сценариев маневров, так и необходимостью моделировать движение одних тел относительно других. Подобные исследования актуальны как для гоночных автомобилей, так и для автомобилей общего пользования. В случае спортивных автомобилей, моделирование аэродинамики движения их группы связано с минимизацией аэродинамических потерь, то в случае автомобилей общего пользования, вопросы аэродинамики маневров связаны скорее с управляемостью и безопасностью, чем с экономичностью и увеличением максимально возможной скорости. Более того, в настоящее время количество автомобилей и плотность их движения на дорогах России существенно увеличивается, а совершенствование самих автомобилей позволило увеличить их скорость движения на трассах, что делает вопросы взаимного аэродинамического влияния транспортных средств более актуальными.

транспортных средств снабжены дефлекторами, помещенными перед задними колесами. Такое изменение конструкции автомобиля ослабляет шлейф воды позади автомобиля. Рисунок 1.7 показывает дефлектор, расположенный перед задним колесом транспортного средства [2].
Рис. 1.7. Дефлектор перед задним колесом автомобиля
Для предотвращения загрязнения дверных ручек зачастую среднюю часть дверей производители выгибают внутрь. За счет этих преобразований грязь прилипает к нижней части боковин в результате возникновения области пониженного давления при езде с повышенной скоростью.
В целях устранения проблемы загрязнения боковых зеркал заднего вида и улучшения аэродинамических характеристик авторы работы [119] предложили использовать встроенные видеокамеры вместо зеркал заднего вида. Такое решение не устраняет проблему загрязнения боковых стекол, однако при этом увеличивается топливная экономичность за счет улучшения аэродинамики автомобиля.
Как видно на рис. 1.8, боковые зеркала заднего вида заменены компактными видеокамерами, вмонтированными в дверцы автомобиля.
Некоторые новаторы предлагают использовать специальные щетки для очищения поверхности зеркал. Устройство позволяет, не выхода из салона автомобиля, очищать зеркала при помощи поршней, с которыми связана щетка и ручки управления [58].
Боковые панели автомобиля способен защитить фалыппорог, один из которых описан в работе [49]. Установленный на штатном пороге