чисельно досліджуються аеродинамічні характеристики радіаторного відсіку гоночного автомобіля ХАДІ 33 на основі рішення пов'язаною завдання внутрішньої і зовнішньої аеродинаміки. Запропоновано раціональний варіант радіаторного відсіку, який характеризується високою пропускною здатністю і низьким рівнем нерівномірності поля швидкості на вході.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Авершин Андрій Геннадвійовіч


AERODYNAMIC IMPROVEMENT OF KHADI 33 RACING CAR RADIATOR COMPARTMENT

Aerodynamic characteristics of radiator compartment of KhADI 33 racing car on the basis of the decision of the interfaced problem of internal and external aerodynamics are numerically investigated. The rational variant of radiator compartment which is characterized by high throughput and low level of non-uniformity ofspeed field at the input is offered.


Область наук:

  • Механіка і машинобудування

  • Рік видавництва: 2011


    Журнал: Автомобільний транспорт


    Наукова стаття на тему 'Аеродинамічний вдосконалення радіаторного відсіку гоночного автомобіля Хаді 33'

    Текст наукової роботи на тему «Аеродинамічний вдосконалення радіаторного відсіку гоночного автомобіля Хаді 33»

    ?УДК 629.3.015.3

    Аеродинамічні ВДОСКОНАЛЕННЯ радіаторні ВІДСІКУ гоночний автомобіль ХАДІ 33 А.Г. Авершин, асистент, ХНАДУ

    Анотація. Чисельно досліджуються аеродинамічні характеристики радіаторного відсіку гоночного автомобіля ХАДІ 33 на основі рішення пов'язаною завдання внутрішньої і зовнішньої аеродинаміки. Запропоновано раціональний варіант радіаторного відсіку, який характеризується високою пропускною здатністю і низьким рівнем нерівномірності поля швидкості на вході.

    Ключові слова: гоночний автомобіль, радіаторний відсік, аеродинамічні характеристики.

    АЕРОДІНАМІЧНЕ ВДОСКОНАЛЕННЯ РАДІАТОРНОГО відсіку ПЕРЕГОНОВОГО АВТОМОБІЛЯ ХАДІ 33 А.Г. Авершин, асистент, ХНАДУ

    Анотація. Чисельного досліджуються аеродінамічні характеристики радіаторного відсіку перегонового автомобіля ХАДІ 33 на основе решение сполучення завдання внутрішньої и зовнішньої аеродінамікі. Предложено раціональне размещения радіаторного відсіку.

    Ключові слова: перегоновій автомобіль, радіаторній відсік, аеродінамічні характеристики.

    AERODYNAMIC IMPROVEMENT OF KhADI 33 RACING CAR RADIATOR COMPARTMENT A. Avershyn, assistant, KhNAHU

    Abstract. Aerodynamic characteristics of radiator compartment of KhADI 33 racing car on the basis of the decision of the interfaced problem of internal and external aerodynamics are numerically investigated. The rational variant of radiator compartment which is characterized by high throughput and low level of non-uniformity of speed field at the input is offered.

    Key words: racing car, radiator compartment, aerodynamic characteristics.

    Вступ

    При проектуванні гоночного автомобіля велика увага приділяється питанням зовнішньої і внутрішньої аеродинаміки. Так, якщо зовнішня аеродинаміка важлива для створення притискної сили і зниження опору, то внутрішній плин забезпечує ефективне охолодження агрегатів автомобіля (радіатор, двигун гальма і ін.) І ефекти, пов'язані з відведенням охолоджуючого повітря. Обтікання зовнішньої поверхні автомобіля тісно пов'язане з потоками всередині кузова [3, 4]. Наприклад, протягом в бічних

    понтонах залежить від розташування входу в понтон, в свою чергу протягом в задній частині автомобіля (дифузор, заднє антикрило) залежить від характеру перебігу в бічному воздухозаборнике (понтоні).

    аналіз публікацій

    Завдання аеродинамічного удосконалення системи охолодження і її взаємодії із зовнішнім аеродинамікою кузова розглядаються в [1, 2]. Зокрема, в [1] описуються питання вирішення спільної аеродинамічній завдання проектування

    зовнішньої форми гоночного автомобіля ОРБЬ ECO-Speedster, і особлива увага приділяється вибору місця розташування повітрозабірника радіатора. Робота [2] представляє рішення проблеми аеродинамічного удосконалення системи охолодження автомобіля в цілому. Справжня робота присвячена аеродинамічному вдосконалення радіаторного відсіку гоночного автомобіля ХАДІ 33.

    Мета і постановка задачі

    В якості моделі обраний гоночний автомобіль ХАДІ 33 класу Б-8. Його основні геометричні розміри: довжина / = 3950мм, висота кокпіта к = 860 мм, ширина ^ = 1300 мм. Кузов автомобіля забезпечений повітрозабірниками з поперечним перерізом входу 0,052 м2. Кузов має обтічним днищем, що створює діффузорний канал спільно з горизонтальною поверхнею дорожнього полотна [6, 7].

    При розробці нових рішень по натурному зразку автомобіля створена твердотільна модель кузова з колесами, антикрилами і головою пілота рис.1. Твердотельная модель занурена в розрахункову область з розмірами Ь х Н х Ж = 10 / х 51 х 51 рис. 1.

    Мал. 1. Схема розрахункової області обтікання гоночного автомобіля

    Розрахункова область побудована за принципом аеродинамічної труби рис. 1. Поза розрахункової області передбачалося невозмущенное перебіг. Для створення сітки в розрахунковій області при побудові повної моделі автомобіля використовувалися наступні спрощення: колеса вважалися нерухомими; не враховувалися елементи трубчастої підвіски коліс; розраховувалися аеродинамічні

    характеристики обтікання симетричною половини гоночного автомобіля.

    Чисельне моделювання стаціонарного обтікання виконано за допомогою програмного комплексу МГЕБ®. Розрахункова область описувалася гексаедральной сіткою потужністю близько 8 млн. Вузлів зі згущеннями поблизу твердих поверхонь для опису прикордонного шару. Інтегрування повних усереднених рівнянь Нав'є-Стокса здійснювалося разностной схемою 3-го порядку точності на основі ДУО апроксимації при замиканні до - в моделлю турбулентності в формулюванні Лаундер. Для опису вузьких ефектів в прикордонному шарі використовувалися пристінні функції, при цьому мінімальне значення змінної погранслоя відповідає У + = 4,5 [5].

    Атмосферного середовища описувалася моделлю досконалого газу. У численних експериментах використовувалися наступні початкові і граничні умови: швидкість набігаючого потоку повітря була спрямована уздовж поздовжньої осі автомобіля, становила Уш = 180 км / год і збігалася зі швидкістю дорожнього полотна; Рх? стандартне атмосферний тиск.

    Для вирішення пов'язаною завдання зовнішньої і внутрішньої аеродинаміки в розрахункову область завдання про зовнішній обтіканні (яка описана вище) додана подобласть внутрішнього каналу бічного понтона спільно з радіатором.

    Технічні характеристики радіатора: тип

    ? 1111-1301010, габарити? 420x310x60 мм, вага 28,5 Н. В подобласти радіатора використана модель пористого середовища, що підкоряється узагальненому закону Дарсі

    ін

    дх,

    К_ г

    де ц? коефіцієнт динамічної в'язкості; Крегт? коефіцієнт проникності; До / о ^? емпіричний коефіцієнт втрат кінетичної енергії.

    Втрати механічної енергії моделювалися у напрямку вздовж осі х рис. 2. Всі

    втрати енергії у внутрішній підобласті при обтіканні двигуна і агрегатів приведені до втрат на радіаторі.

    Мал. 2. Схема модельної внутрішньої завдання

    Коефіцієнт втрат К ^ = 20 підбирався з умови перепаду тисків АР = 0,5 [8] по серії розрахунків модельної внутрішньої завдання течії через радіатор. Кореляція перепаду статичного тиску і коефіцієнта втрат механічної енергії дана на рис. 3.

    АР

    Мал. 3. Залежність перепаду тиску від коефіцієнта втрат від перепаду тиску: - © -? ф = 30; ? ф = 45; ?

    Ф = 60; А-? Ф = 90; АР = (Рт -РоШ) / Рт

    Зіставлення результатів чисельного моделювання

    Чисельне моделювання зовнішнього і внутрішнього обтікання гоночного автомобіля ХАДІ 33 (рис. 4) виявило переваги і недоліки в порівнянні з гоночним автомобілем ХАДІ 31 [6, 7].

    Таблиця 1 Аеродинамічні характеристики

    Модель ХАДІ 31 ХАДІ 33

    Сх 0,984799 0,83696

    Су? 0,62136? 0,86398

    Витрата м3 / с, 0,990358 0,789286

    З табл. 1 видно, що для автомобіля

    ХАДІ 33 вдалося знизити аеродинамічний опір і одночасно збільшити притискну силу. Однак недоліком даної конструкції є мала витрата повітря через радіатор.

    В результаті аналізу перебігу через радіаторний відсік гоночного автомобіля ХАДІ 33 вдалося виявити основні причини, що роблять негативний вплив на внутрішню аеродинаміку радіаторного відсіку. Такими причинами були: загальна конф-зорность каналу (відношення площі входу до площі виходу Лвх / Лвих = 4/3), а так само різке розкриття дифузора у вхідній частині каналу (перед радіатором), обумовлене конструктивними особливостями компоновки гоночного автомобіля.

    На рис. 5 представлені епюри швидкостей в радіаторному відсіку. Епюри показують застійну зону в нижній частині радіаторного відсіку, що негативно відбивається на конвективному теплообміні в радіаторному відсіку і знижує відведення теплота від радіатора, призводить до перегріву і теплових деформацій окремих частин радіатора.

    Для вдосконалення аеродинамічних і теплообмінних характеристик радіаторного відсіку були запропоновані наступні напрямки: збільшення площі вихідних отворів з урахуванням їх розташування, раціональний пошук положення вхідного отвору (повітрозабірника) радіаторного відсіку.

    Удосконалення вихідних отворів відсіку радіатора

    На першому етапі було проведено дослідження щодо збільшення площі вихідних отворів з урахуванням їх розташування з метою збільшення витрати повітря.

    Удосконалення вихідних отворів відсіку радіатора проходило в наступних напрямках: I? базова модель з верхнім вихідним отвором рис. 1 (а), II? базова

    Мал. 4. Варіанти модифікацій вихідних отворів і контрольних перерізів радіаторного відсіку

    Мал. 5. Епюри швидкостей в контрольних перетинах радіаторного відсіку: |? варіант I; а? варіант II; | Варіант III

    модель з бічним вихідним отвором рис. 1 (b), III? базова модель з верхнім і бічним отвором рис. 4 (а, Ь), Результати чисельного дослідження варіантів радіаторного відсіку представлені на (рис. 5, 6) і табл. 2.

    Таблиця 2 Результати чисельного моделювання вихідних отворів відсіку радіатора

    Модифікації и II III

    Ех -734,8 -774,8 -767,1

    Еу -758,5 -747,7 -775,3

    до До попіпііїогт ^ 3,43 3,22 3,23

    Мал. 6. Залежність витрати повітря від відносини площ вхідних і вихідних отворів: |? варіант I; ж? варіант II; |? варіант III

    Тут КпопіпЦогтйу = (Тахт ^ УТТ)? коеффіці-

    V

    ср

    ент нерівномірності обдування радіатора; Уср = Q / А? среднерасходная швидкість по

    перетину повної площі А поперечного перерізу каналу; Q? об'ємна витрата повітря; Утах? надлишкова швидкість, яка обчислюється для областей з загальною площею А1,

    де нормальна складова швидкості більше Уср; А2 = А - Ах; Утах? дефектна

    швидкість, що обчислюється для областей з загальною площею А2, де Уп < Уср (в перетині «С-СП

    на рис. 5)

    Утах = | УУП '^ А! | УпйА,

    А1 / А!

    Утіп = $ УУ "<А / 1 У ^ А.

    Вибір модифікації з найкращого видаткової характеристикою

    За результатами проведених численних досліджень було визначено, що найбільшим витратою, при мінімальному коефіцієнті нерівномірності видаткової складової швидкості КпопіпШшт; 1У У перетині

    радіатора має модифікація I. На це вказують інтегральні характеристики витрати (рис. 6), і аналіз наповненості епюр швидкостей на поверхні радіатора (рис. 5 С-С), а так само в інших контрольних перетинах.

    Удосконалення вхідного перетину повітрозабірника

    Другий етап досліджень полягає в пошуку найкращого розташування вхідного перетину повітрозабірника в рамках обмежень щодо компонування і інтерференції елементів зовнішньої компонування. Для цього за основу був узятий варіант модифікації радіаторного відсіку III. Для даної модифікації була проведена серія розрахунків з різним розташуванням вхідного перетину в повітрозабірник по висоті (рис. 7).

    Мал. 7. Залежність витрати повітря через радіатор від розташування вхідного перетину по висоті повітрозабірника

    Таблиця 3 Результати чисельного моделювання вхідного перетину повітрозабірника

    К / к 0,83 0,88 0,94 1

    до До попіпііїоїт ^ 3,04 3,23 3,26 3,02

    Результати розрахунків (рис.7) вказують на те, що з точки зору витрат оптимальне значення дає положення повітрозабірника при к / к = 0,88, однак при ЦЬОМУ КШпш ^ о ™ 1У табл. 3 приймає найменше значення при к / к = 0,83.

    висновки

    Вирішено спільна задача внутрішнього і зовнішнього обтікання гоночного автомобіля ХАДІ 33. Виконано дослідження щодо вдосконалення вихідних отворів повітрозабірника, проведено пошук найкращого положення вхідного перетину повітрозабірника, отримані залежності перепаду тиску від коефіцієнта втрат від перепаду тиску.

    Автор вдячний професору В.Г. Солодового за увагу до роботи.

    література

    1. Kleber A. CFD as Integrated Pat of the

    Aerodynamic Development of the OPEL ECO-Speedster / A. Kleber // European Automotive CFD Conference (EACC): Bingen, Germany, 25? 27 June 2003.? P. 27CB6.

    2. Jonson A. Volvo Car corporation, Sweden.

    On the thermodynamic development of the New Volvo XC 90 using FLUENT /

    A. Jonson // European Automotive CFD Conference (EACC): Bingen, Germany, 25П27 June 2003.? P. 37П50.

    3. Katz J. Race Car Aerodynamics: Designing

    for Speed ​​/ J. Katz, 1995.? 223 p.

    4. Аеродинаміка автомобіля / під ред.

    В.Г. Гухо. ? М .: Машинобудування, 1987.

    ? 420 з.

    5. Краснов Н.Ф. Основи прикладної аерога-

    зодінамікі / Н.Ф. Краснов, Є.Е. Боровський, А.І. Хлупнов. У 2 кн. кн.1. ? М .: Вища школа, 1990.? 336 с.

    6. Комп'ютерне моделювання аеродинамікою-

    мических характеристик гоночного автомобіля ХАДІ-31 / А.Г. Авершин,

    В.Г. Солодов // Автомобільний транспорт: зб. наук. тр. ? Харків: ХНАДУ.

    ? 2005.? Вип. 16.? С. 228-231.

    7. Аеродинамічний вдосконалення заднього дифузора гоночного автомобіля формули 1600 / А.Г. Авершин, Ю.В. Стародубцев // Автомобільний транспорт: зб. наук. тр. ? Харків: ХНАДУ. ? 2005. ? Вип. 17.? С. 21-25.

    8. Алюмінієві радіатори автотракторних

    двигунів / В.В. Бурков. ? М .: Машинобудування, 1964.? 200 з.

    Рецензент: В.Г. Солодов, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 4 серпня 2011 р.


    Ключові слова: ГОНОЧНИЙ АВТОМОБІЛЬ /радіаторні ВІДСІК /АЕРОДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ /ПЕРЕГОНОВІЙ автомобіль /РАДіАТОРНІЙ ВіДСіК /АЕРОДІНАМіЧНі ХАРАКТЕРИСТИКИ /RACING CAR /RADIATOR COMPARTMENT /AERODYNAMIC CHARACTERISTICS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити