本發(fā)明涉及流動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及基于整流罩和Coanda射流效應(yīng)的汽車尾部減阻裝置。

背景技術(shù)：

公路運(yùn)輸其本身具有快捷直達(dá)的優(yōu)點(diǎn)，自從20世紀(jì)90年代以來，我國的公路運(yùn)輸業(yè)得到了快速發(fā)展。隨著汽車工業(yè)水平的大幅度提高、公路基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善和發(fā)展，我國目前的公路運(yùn)輸貨運(yùn)量在綜合運(yùn)輸體系中占到了7成以上，從而導(dǎo)致了汽車貨運(yùn)耗油量在我國耗油總量當(dāng)中占有很大的比例，因此載貨汽車的減阻節(jié)能問題日益突出，進(jìn)一步有效降低貨車在行駛過程中的空氣阻力從而降低單位里程油耗成為當(dāng)今的一項(xiàng)重要課題。

對(duì)于大、中型載貨廂式貨車(下文統(tǒng)稱為廂式貨車)，其封閉的結(jié)構(gòu)外形與其它類敞開式貨車相比有著更小的氣動(dòng)阻力系數(shù)，但由于其仍具有較大的迎風(fēng)面積，在較高速行駛時(shí)的氣動(dòng)阻力依舊占著很大比重。研究表明：在速度達(dá)到70km/h時(shí)，部分車型的氣動(dòng)阻力就已超過了總阻力的50％；廂式貨車的后部阻力占主要部分；而氣動(dòng)阻力系數(shù)降低30％，廂式貨車可降低油耗12％-13％。

理論分析與工程實(shí)踐表明，廂式貨車行駛中主要阻力來源是駕駛室與車廂間夾縫的負(fù)壓區(qū)、氣流沖擊引起的阻力和貨廂后部尾流渦結(jié)構(gòu)能量耗散引起的阻力。目前，在工程中對(duì)廂式貨車進(jìn)行減阻的措施主要有：采用在駕駛室頂部安裝導(dǎo)流罩來減小車廂前緣分離區(qū)；在貨車前部安裝擾流器來減緩氣流沖擊阻力；在貨廂尾部安裝導(dǎo)流片、擋板、柵欄等來破壞尾渦結(jié)構(gòu)，延遲分離從而達(dá)到減阻的效果。但是，對(duì)于貨廂尾部的大范圍分離流動(dòng)來說，導(dǎo)流片、擋板、柵欄的控制效果仍然不夠理想，仍然需要尋找一種更加有效的可以大幅降低廂體后部阻力的裝置和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了基于整流罩和Coanda射流效應(yīng)的汽車尾部減阻裝置，為了降低廂式貨車空氣阻力、降低油耗、提高經(jīng)濟(jì)性，解決現(xiàn)有的廂式貨車尾部無減阻裝置或者已有減阻裝置減阻效果不明顯、對(duì)貨車經(jīng)濟(jì)性貢獻(xiàn)不大的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：基于整流罩和Coanda射流效應(yīng)的汽車尾部減阻裝置，包括減阻罩體、空氣射流通道和射流導(dǎo)出孔，貨廂尾部設(shè)置有減阻罩體，貨廂側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)空氣射流通道，減阻罩體兩側(cè)設(shè)置有射流導(dǎo)出孔，且貨廂前端迎風(fēng)面兩側(cè)均設(shè)置有空氣射流通道入口，空氣射流通道入口通過空氣射流通道與射流導(dǎo)出孔聯(lián)通；減阻罩體的高度與貨廂的高度相同，減阻罩體的寬度(即半圓柱體的直徑)占貨廂寬度的95％，射流導(dǎo)出孔的寬度占貨廂寬度的1.2％。

優(yōu)選地，所述的減阻罩體為空腔式半圓柱形整流減阻罩體。

優(yōu)選地，所述的空氣射流通道入口的平面垂直于汽車行駛方向。

優(yōu)選地，所述的射流導(dǎo)出孔設(shè)置在減阻罩體的半圓柱形Coanda曲面的切線方向。

優(yōu)選地，所述的空氣射流通道與外部大氣聯(lián)通。

優(yōu)選地，所述空氣射流通道為一個(gè)連續(xù)的通道。

優(yōu)選地，所述空氣射流通道由多個(gè)離散的通道構(gòu)成。

本發(fā)明具有以下有益效果：1、通過加裝后部整流罩體的流線型減阻效果顯著；2、Coanda射流減阻在流線型減阻的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步增強(qiáng)減阻效果；3、流線型減阻和射流減阻在顯著降低空氣阻力的同時(shí)不需要消耗額外能量，因此有效降低了廂式貨車的單位里程油耗；4、兩側(cè)對(duì)稱雙射流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也增加了貨車的側(cè)向穩(wěn)定性；5、尾部整流罩體的空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增大了貨廂的載貨量，提高貨車的空間利用率，具有非常良好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為廂式貨車原始模型圖；

圖2為加裝尾部Coanda效應(yīng)整流罩體后的廂式貨車模型圖；

圖3為貨車廂體后部減阻裝置概覽圖；

圖4為應(yīng)用本發(fā)明裝置后的廂式貨車側(cè)視圖；

圖5為應(yīng)用本發(fā)明裝置后的廂式貨車后視圖；

圖6為應(yīng)用本發(fā)明裝置后的廂式貨車俯視圖；

圖7為廂式貨車在A-A位置的截面圖；

圖8為貨車A-A截面的二維數(shù)值模擬概念圖；

圖9為貨車原始結(jié)構(gòu)外型下的二維流場圖；

圖10為流線型減阻狀態(tài)下的二維流場圖(此時(shí)空氣射流關(guān)閉)；

圖11為Coanda射流減阻狀態(tài)下的二維流場圖(此時(shí)有空氣射流)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了基于整流罩和Coanda射流效應(yīng)的汽車尾部減阻裝置，包括減阻罩體1、空氣射流通道2和射流導(dǎo)出孔3，貨廂4尾部設(shè)置有減阻罩體1，貨廂4側(cè)壁設(shè)置有多個(gè)空氣射流通道2，減阻罩體1兩側(cè)設(shè)置有射流導(dǎo)出孔3，且貨廂4前端迎風(fēng)面兩側(cè)均設(shè)置有空氣射流通道入口，空氣射流通道入口通過空氣射流通道2與射流導(dǎo)出孔3聯(lián)通，減阻罩體1的高度與貨廂4的高度相同，減阻罩體1的寬度(即半圓柱體的直徑)占貨廂4寬度的95％，射流導(dǎo)出孔3的寬度占貨廂4寬度的1.2％。

所述的減阻罩體1為空腔式半圓柱形整流減阻罩體。

所述的空氣射流通道入口的平面垂直于汽車行駛方向。

所述的射流導(dǎo)出孔3設(shè)置在減阻罩體1的半圓柱形Coanda曲面的切線方向。

所述的空氣射流通道2與外部大氣聯(lián)通。

所述空氣射流通道2為一個(gè)連續(xù)的通道。

所述空氣射流通道2由多個(gè)離散的通道構(gòu)成。

本具體實(shí)施方式的圖1給出了廂式貨車的原始模型圖。本發(fā)明提出的加裝尾部整流罩體的廂式貨車模型圖如圖2所示。減阻裝置的總覽圖、側(cè)視圖、后視圖、俯視圖分別如圖3-圖6所示。本發(fā)明所提出的貨廂尾部Coanda減阻裝置主要分為兩個(gè)部分：后緣的半圓柱形整流罩體和分布于貨廂兩側(cè)的空氣射流通道。廂體尾部整流罩體的引入為貨廂提供了更好的流線型，根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)的基本原理，其可以在一定程度上降低后部空氣阻力，本發(fā)明稱之為流線型減阻。此外，本發(fā)明所引入的空氣射流通道入口位于廂體前端迎風(fēng)面兩側(cè)(為了方便數(shù)值模擬，本發(fā)明并未給出入口處的模擬)，入口平面垂直于貨車行駛方向，射流噴口位于整流罩體兩側(cè)切線方向，因此射流管道聯(lián)通了噴口和汽車前方空氣來流，使進(jìn)入通道入口的氣流具有與前方來流一樣的總壓(即流體微元速度等熵地靜止到零時(shí)對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)，即流體做有用功的能力)。當(dāng)貨車行駛時(shí)，一方面，由于尾部整流罩體的安裝，貨廂尾流區(qū)域初步得到控制，并達(dá)到了一定的流線型減阻的效果；另一方面，氣流對(duì)貨廂迎風(fēng)面的沖擊作用使空氣進(jìn)入射流通道入口，由于通道較窄，內(nèi)部氣壓較高，射流在噴口噴出的速度較大，且射流從噴口噴出后，將附著廂體尾部Coanda曲面(即整流罩體表面)流動(dòng)，并帶動(dòng)周圍流體跟隨著射流流動(dòng)，抑制了廂體整流罩體后方的流動(dòng)分離以及尾流漩渦脫落，從而減小了尾流區(qū)域的負(fù)壓區(qū)，大大減小了汽車廂體的阻力系數(shù)，達(dá)到了流動(dòng)控制減阻的效果。本發(fā)明稱之為Coanda射流減阻。可見，Coanda射流減阻在流線型減阻的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步地提高了減阻效果。

本發(fā)明的減阻裝置和方法具有以下特點(diǎn)：一、通過加裝后部整流罩體的流線型減阻效果顯著；二、Coanda射流減阻在流線型減阻的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步增強(qiáng)減阻效果；三、流線型減阻和射流減阻在顯著降低空氣阻力的同時(shí)不需要消耗額外能量，因此有效降低了廂式貨車的單位里程油耗；四、兩側(cè)對(duì)稱雙射流的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也增加了貨車的側(cè)向穩(wěn)定性；五、尾部整流罩體的空腔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增大了貨廂的載貨量，提高貨車的空間利用率，具有非常良好的應(yīng)用前景。

為了簡化問題，方便數(shù)值模擬，選取圖4中的截面A-A進(jìn)行二維的數(shù)值模擬分析，A-A截面如圖7所示。圖8是A-A截面的數(shù)值模擬外形概念圖。對(duì)貨車進(jìn)行三種不同狀態(tài)的數(shù)值模擬，即a：原始外型狀態(tài)(即不加整流罩體，無空氣射流通道)；b：流線型減阻狀態(tài)(即有整流罩體，但關(guān)閉空氣射流通道)；c：Coanda射流減阻狀態(tài)(既有整流罩體，又打開空氣射流通道)。

數(shù)值模擬的結(jié)果表明，在貨車直線前行時(shí)，a狀態(tài)下的二維貨車阻力系數(shù)為Cd＝0.1233；增加整流罩體后的b狀態(tài)下二維貨車阻力系數(shù)降低至Cd＝0.0906；在b狀態(tài)的基礎(chǔ)上打開空氣射流通道后c狀態(tài)下的二維貨車阻力系數(shù)進(jìn)一步降低為Cd＝0.0207.

圖9-11分別為貨車直線行駛時(shí)在三種不同計(jì)算狀態(tài)下的流場圖，各圖中壓力云圖反映了此時(shí)貨車周圍的壓力分布，而廂體后緣尾渦的大小則間接反映了此時(shí)貨車阻力的大小及其穩(wěn)定性的強(qiáng)弱。

由圖9可以看出，原始外形的貨車后方產(chǎn)生了較大的尾渦，且由于來流對(duì)前緣駕駛室的沖擊作用，在前緣產(chǎn)生了較大的正壓區(qū)。由圖10可以看出，在廂體尾部安裝Coanda減阻罩體后，由于整體流線型更好，脫體渦強(qiáng)度略有減小，從而使得阻力系數(shù)從0.1233減小到0.0906，阻力減小了大約26％。由圖11可以看出，開啟空氣射流通道后，由于Coanda射流的作用，車體后部繞流形式發(fā)生改變，尾流分離區(qū)域明顯進(jìn)一步變小，即廂體尾部負(fù)壓區(qū)減小，因此阻力系數(shù)大幅度減小到了0.0207，減阻效率達(dá)到83％。

由此可以看出，空氣射流的引入起到了非常明顯的減阻效果。本發(fā)明提出的流線型減阻和Coanda射流減阻兩種方法的組合使得廂式貨車的減阻效率得到了很大程度的提高。

更加值得注意的是，本發(fā)明中的空氣射流來自于汽車行駛中的前方來流，且射流的總壓與汽車外部流動(dòng)的總壓相同，因此本發(fā)明的射流產(chǎn)生不消耗額外能量，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)異；空腔設(shè)計(jì)的半圓柱型整流罩體也為貨車提供了額外的載貨空間，提高了空間利用率。

實(shí)施例1：本實(shí)施例是一種運(yùn)用尾部整流罩體和空氣射流進(jìn)行廂式貨車減阻的裝置及方法。

本發(fā)明實(shí)施例采用的大型廂式貨車車廂長6.2m、寬2.2m、高2.1m，且駕駛室頂部安裝有導(dǎo)流罩，如圖1所示。本發(fā)明的減阻裝置分為兩部分：即貨廂尾部的整流罩體和貨廂兩側(cè)的空氣射流通道，安裝的后緣整流罩體為一底面半徑為1.045m、高為2.1m的空腔半圓柱體；圓柱兩側(cè)的空氣射流通道入口(為了方便數(shù)值模擬，附圖中并未畫出)設(shè)在貨車迎風(fēng)面兩側(cè)處，入口平面垂直于貨車行駛方向，噴口處則設(shè)在Coanda曲面的切線方向，射流通道與外界大氣聯(lián)通，且槽寬0.03m、長2.1m。數(shù)值模擬的狀態(tài)為：貨車水平直行速度Ma＝0.085(即時(shí)速約為106.2km/h)、氣溫為26℃。

安裝減阻裝置后的貨車模型如圖2所示。圖3為概覽圖，圖4為側(cè)視圖，A-A表示截面位置，圖5為貨車的后視圖，圖6為貨車的俯視圖。取A-A截面圖得到廂體貨車在該位置處的流線型減阻和Coanda射流減阻原理圖，如圖7所示。

為了方便數(shù)值模擬，本發(fā)明將圖7進(jìn)行改型優(yōu)化處理，通過設(shè)置通道內(nèi)部總壓比NPR＝1來模擬Coanda射流減阻的情況，如圖8所示。

當(dāng)貨車行駛時(shí)，后緣具有Coanda曲面設(shè)計(jì)的整流罩體發(fā)揮了流線型減阻的作用，初步提高了減阻效率，如圖10所示；當(dāng)貨車行駛到一定速度后，Coanda射流的通道打開，由于貨車前緣氣流的沖擊作用，氣流進(jìn)入位于迎風(fēng)面的空氣射流通道，由于通道較窄，內(nèi)部氣壓較高，高氣壓將氣流“壓出”后緣噴口，形成高速射流，并附著Coanda曲面流動(dòng)，直到附體流動(dòng)一段距離以后才與曲面分離，顯著減小了尾部分離區(qū)域，達(dá)到流動(dòng)控制減阻的目的。

圖9為無尾部減阻裝置的流場圖，阻力系數(shù)為0.1233。圖10單純應(yīng)用流線型減阻方法對(duì)后緣流動(dòng)達(dá)到初步控制效果，降低阻力26％。圖11為安裝整流罩體并打開空氣射流通道后的二維流場圖，可以看出，Coanda射流改變了貨廂的尾部流動(dòng)，減小了后緣負(fù)壓區(qū)，因此更進(jìn)一步減小了壓差阻力，減阻效率達(dá)到83％。因此，數(shù)值模擬的結(jié)果表明了本發(fā)明對(duì)于廂式貨車的減阻具有非常好的效果。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。