側風環(huán)境中車輛出隧道過程的氣動特性研究.pdf

1、隨著我國公路通車里程的逐年增加以及汽車保有量的迅速增長，我國正快速進入汽車社會。我國各種地勢地貌相當復雜，特別是以山區(qū)居多，山地和丘陵占居全國總面積的三分之二以上。為保證道路的連續(xù)性和合理性，經常采用建設隧道來穿越山嶺。近年來，我國公路隧道通車里程和座數逐年增多。我國為多風國家，當車輛由隧道內駛出時，由于車輛是由相對封閉的空間進入開放空間，汽車本身的空氣動力學特性會發(fā)生很大的變化，加之受到風的影響，汽車的側傾力會急劇變化，導致失控和側翻

2、等交通事故。另外，在實際道路行駛時，車輛不可避免的會發(fā)生跟隨以及并行，此時車身周圍氣流的會發(fā)生變化，從而帶來車輛行駛安全問題。
　　本文采用基于動態(tài)分層法的動網格技術對側風環(huán)境中車輛駛出隧道過程的氣動特性進行研究，分析所涉及的流動現象和力學結果之間的關系并且得出相應的結論。具體如下:
　　首先對單輛貨車駛出隧道的過程進行數值計算，將計算結果與前人實驗值及穩(wěn)態(tài)數值模擬的結果進行對比，計算結果誤差在允許范圍內，為后續(xù)的數值模擬提

3、供了依據和保證。
　　研究單輛貨車駛出隧道過程的氣動特性，設置4種不同的行駛速度以及4種不同的風速進行對比分析。發(fā)現貨車在駛出隧道后其阻力系數變小，且側風速度越大時，貨車駛出隧道后的阻力系數越大，其側向力系數也越大。貨車的氣動力系數在隧道出口前后發(fā)生了較大的波動，且側風速度越大，貨車周圍的流速及壓力分布越不均勻，其氣動力系數波動越大，行駛安全性越差。
　　研究側風狀態(tài)下兩輛車相互尾隨出隧道時兩車的氣動特性，將車速設置為30m

4、/s，設置4種不同的側風速度，引入標準轎車模型并變換轎車和貨車的前后位置進行對比分析。發(fā)現兩車相互尾隨時前后兩車的阻力系數均有一定程度的減小，且前車車型大時后車阻力系數減小的幅度也大。前車的尾渦對后車有一定的影響，使后車的氣動力系數發(fā)生波動，且前車車型大后車車型小時前車對后車的影響最為明顯，前車車型小后車車型大時，后車受前車影響較小。
　　研究側風狀態(tài)下兩輛車并行駛出隧道時兩車的氣動特性，同樣固定車速，設置4種不同的側風速度，并變

5、換迎風側的車型進行對比分析。發(fā)現兩貨車并行時左右兩車的阻力系數的值和變化趨勢基本一致，在無側風時左右兩車的側向力系數絕對值基本相等，但側向力方向相反，有側風時左邊背風側貨車的側向力系數絕對值小于右邊迎風側，且左邊貨車的切向力系數與阻力系數的比值小于1,說明右車對側風有一定的屏蔽作用。轎車在右邊迎風側貨車在左背風側時，兩車的阻力系數變化趨勢一致，無側風時兩車的側向力方向相反，大小基本一致，隨著側風速度的增加左右兩車的側向力系數均有所增加，

6、但左邊貨車的增加幅度減小，且左邊貨車切向力系數與阻力系數的比值大于1,說明小轎車對側風有一定的屏蔽作用，但由于迎風面積較小，所以該作用表現不明顯。貨車在右邊迎風側轎車在左邊背風側時，由于貨車迎風面積較大，對側風的屏蔽作用大，導致小轎車的側向力系數絕對值很小且切向力系數與阻力系數的比值小于1,氣動力系數波動明顯。
　　本文探討了車輛在側風下駛出隧道時的氣動特性規(guī)律，從空氣動力學的角度解釋了隧道出口多發(fā)生交通事故的原因，為有風天氣時車