仿生非光滑汽车表面的减阻分析

2012-07-25曹开元宋小文

中国机械工程 2012年8期

谌可王耘曹开元宋小文

浙江大学，杭州，310027

0 引言

空气阻力是汽车高速行驶时受到的主要阻力。当汽车以80km/h（22.2m/s）行驶时，消耗燃油所产生的功率中，60%是用来克服空气阻力的［1］。可见，减小汽车的空气阻力，对减小油耗、减少环境污染有重要意义。然而，现有的减小汽车空气阻力的方法都已相当成熟，想要进一步减小汽车空气阻力的空间很小。因此非常有必要寻求新的减小汽车空气阻力的方法。

近些年来，仿生学的研究发现，生物界普遍存在着非光滑的表面形态，这种非光滑的表面形态通常具有减阻的功能［2］。Bechert等［3］发现，鲨鱼皮肤非常粗糙，但经过测试，在海水中，这种粗糙的非光滑表皮受到的流体阻力要比光滑表皮受到的流体阻力小9%以上。Han等［4］模拟鲨鱼皮肤的非光滑结构，设计出一种微型沟槽膜，并进行了减阻实验。在该实验中，当水以3.3m/s和3.0m/s的速度流过物体时，外表面贴有微型沟槽膜的物体受到的流体阻力要比光滑物体受到的流体阻力分别约小4.3%和7.6%。

受非光滑表面减阻的启发，本文在车身设计中引入仿生非光滑表面，利用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）数值模拟方法，分析研究通过仿生非光滑表面减小汽车空气阻力的可行性，并通过正交试验法分析非光滑单元体的大小、形状，以及单元体的间距和在车身表面的布置位置对仿生非光滑汽车表面减阻性能的影响。