Transcript Az áramlástan szerepe az autóbusz karosszéria tervezésében Dr

Az áramlástan szerepe az autóbusz
karosszéria tervezésében
Dr. Lajos Tamás, Régert Tamás, Dávid Norbert
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Áramlástan Tanszék
33. AUTÓBUSZ SZAKÉRTŐI TANÁCSKOZÁS
Nemzetközi Gépjárműbiztonsági Konferencia
2002 szeptember 2-4
Keszthely
Tartalom
1. Az áramlási jellemzők hatása az autóbusz
működésére
2. Az autóbusz karosszéria körüli áramlás jellemzői
3. Az áramlási ellenállás és csökkentésének módjai
4. Szélcsatorna kísérletek
5. A karosszéria körüli áramlás numerikus
szimulálása
6. A karosszéria sárosodás kísérleti vizsgálata
7. A kerék körüli áramlás numerikus szimulációja
8. Az oldalfal és hátfal sárosodásának szélcsatorna
és numerikus áramlástani vizsgálata
9. Következtetések
1. Az áramlási jellemzők hatása az autóbusz
működésére
A karosszéria körüli áramlás optimalizálásának eredménye:
• csökkenő üzemanyag fogyasztás,
• javuló működtetési tulajdonságok (menetstabilitás,
úttartás, közlekedésbiztonság, kezelhetőség),
• kedvezőbb jármű komfort jellemzők (zaj, karosszéria
sárosodás, utastér hűtése, szellőzése)
Három, egymással összefüggő áramlási tér:
• a karosszéria külső felülete körüli áramlás,
• az utastérben lévő áramlás,
• a jármű egyes komponensei (hűtő, fékek, kerekek,
szélvédő) körüli áramlás
Aktualitás: gyors fejlődés az áramlások numerikus
szimulációja és a méréstechnika területén
2. Az autóbusz karosszéria körüli áramlás
jellemzői
Relatív rendszerben összetett,
3D, turbulens áramlás.
Felosztása:
homlokfal körüli,
oldalfalak melletti, és tető fölötti,
karosszéria alatti és
hátfal mögötti áramlás.
• Homlokfal: torlópont, túlnyomás, gyorsuló áramlás
• Oldalfal, tető: belépő élek lekerekítésétől függően
határréteg leválás
• Hátfal: leválási buborékban van, depresszió, turbulens
keveredés
• Karosszéria alatt „érdes” felület, csökkenő sebesség,
kilépés oldalirányban
3. Az áramlási ellenállás elemei és
csökkentésük módjai
• Homlokfali ellenállás (hasáb esetén 65%): átlagos
túlnyomás csökkentése az áramlás gyorsításával
(belépőélek lekerekítése oldalt, felül, a homlokfal döntése)
• Hátfali ellenállás (34.9%): átlagos depresszió csökkentése
(oldalfalak hátsó részének összehúzása, kilépőélek
lekerekítése)
• Oldalfali (tető és alsó rész) ellenállás (0.1%): a falak
érdességének csökkentése, a karosszéria alatti áramlás
sebességének csökkentése
• Karosszéria körüli áramlás elemeinek kölcsönhatása:
szélcsatorna kísérletek és/vagy numerikus szimuláció
4. Szélcsatorna kísérletek
2.6 m x 5 m nyitott mérőtér
vmax= 50 m/s szélsebesség
6 komponensű mérleg
talaj szimulálás futószalaggal
áramlás láthatóvá tétel
olajköddel
1:5 méretarányú modell
Geometria változtatás
ce/cex100%
homlokfal oldalsó és felső belépő éleinek lekerekítése (r/h
= 0.04-ről 0.11-re)
-38%
homlokfal 80-os döntése 110-ra nő
-8%
homlokfal alsó élének és a kilépő élek lekerekítése
±0
karosszéria aljának lefedése az első kerekek előtt
-4%
A homlokfal alatt spoiler a rés 38%-át takarja
-(5-8)%
Ellenállástényező csökkenés ce=0.57-ről 0.39-re (-32%). 100 km/h
sebességnél az üzemanyag fogyasztás csökkenés 23% (+ zaj és
sárosodás csökkenés)
5. A karosszéria körüli áramlás numerikus
szimulálása
FLUENT: általános célú, véges
térfogat elvű szimulációs
rendszer háromdimenziós
stacionárius és instacionárius
lamináris és turbulens
áramlások számítására
Nyom áseloszlás a hátfal szim m etriasíkjában
Nyo m as e lo s z las a b u s z h o m lo k f al a
s z im m e t r ias ík jáb an
2
0.2
M ér t ér tékek
1
0
Buszhomlokfal1
0
-1
0.2
0.3
0.05
0.25
0.45
0.65
0.4
0.5
0.6
-0.4
buszhatfal1
-0.6
Mért értékek
Cp
Cp
- 0.15
0.1
-0.2
0
-2
-0.8
-3
-1
-4
-1.2
-5
ív koordináták
Ívk o o r d in át ák
6. A karosszéria sárosodás kísérleti vizsgálata
Hátfal és oldalfal sárosodás csökkentése
• mozgó talaj szimulálása futószalaggal
• futószalagon forgó kerekek, a karosszéria alsó
részének részletes modellezése
• sárosodás meghatározása
vízzel: vezetőképesség méréssel
nyomgáz koncentráció méréssel
áramlás láthatóvá tétellel, olajköddel
Hátfal sárosodás kis geometriai módosítással 73%-kal
csökkenthető, az oldalfal sárosodás területe leszorítható
7/a. A kerék körüli áramlás numerikus
szimulációja: egyedülálló kerék
1.5
1
álló
Cp [-]
0.5
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
 [°]
-0.5
-1
Fackrell
CFD k-omega
-1.5
forgó
CFD k-epsilon
7/b. A kerék körüli áramlás numerikus
szimulációja: forgó kerék kerékházban
8/a Az oldalfal sárosodásának numerikus
áramlástani vizsgálata
Ha az éles homlokfal mögött
keletkező leválási buborék
eléri a kerékkivágást,
az egész oldalfal sárosodik.
8/b A hátfal sárosodásának numerikus
áramlástani vizsgálata
Sárosodás szempontjából
kedvező viszonyok.
8/c A hátfal sárosodásának numerikus
áramlástani vizsgálata
Sárosodás szempontjából
kedvezőtlen viszonyok.
9. Következtetések
• Az autóbusz karosszériák áramlástani
optimalizálása jelentős üzemanyag fogyasztás
csökkenést és a komfort növekedést
eredményezhet
• A szélcsatorna modellkísérletek eredményesen
alkalmazhatók karosszéria áramlástani
fejlesztésére
• A numerikus szimuláció a karosszéria körüli
áramlás elemzésének és optimalizálásának
hatékony eszköze