臺灣博碩士論文加值系統

本研究藉由計算流體力學方法中之移動網格技術，以數值模擬分析方式來探討小客車在行駛過程中，受到不同程度之側風風速與不同側風角度時之流場變化與氣動力分析。同時，更進一步與加裝空氣動力套件的車輛相互比較，以探討這些空氣動力套件對小客車之氣動力特性變化有何影響。
模擬分析結果顯示：針對有加裝或無裝空氣動力套件的小客車而言，隨著車輛速度的增加，其氣動力係數之阻力係數(Cd)、升力係數(Cl)、偏向力矩(Cym)及橫搖力矩(Crm)等數值會逐漸變低。同時，隨著側風風速的增加其值會增加。此外，側風角度的變化亦對上述之氣動力係數有所影響。在分析側風對加裝不同型態的空氣動力套件之小客車之影響時，可發現在較低的側風角度(30度)時，也就是通常在會車的情況，在固定側風風速下，當下擾流板的長度越接近地面時，則其阻力係數(Cd)、升力係數(Cl)、偏向力矩(Cym)亦有越大的趨勢，但是橫搖力矩(Crm)則有下降的現象發生。同時，加裝具孔洞的前擾流板則會使得上述氣動力係數值皆降低，因此能有效地提升小客車的氣動力性能與行車操控性。而在較高側風角度(90度)時，在固定側風風速下，加裝空氣動力套件的小客車，則其阻力係數(Cd)與偏向力矩(Cym)會有上升的趨勢、但升力係數(Cl)與橫搖力矩(Crm)會明顯下降。至於小客車上加裝尾翼時的氣動力分析，可得知在加裝尾翼後因迎風面積的增加，會造成其阻力係數(Cd)、偏向力矩(Cym)及橫搖力矩(Crm)等氣動力係數的增加，但是升力係數(Cl)在加裝尾翼後則呈現降低的結果，因此有下壓車輛的功能。最後，透過流場可視化分析，可清楚的看出車身附近流場渦旋的變化而有助於氣動力的分析。

This study uses the moving grids technique of computational fluid dynamics methods to simulate the variations of fluid field and aerodynamics analysis for a passenger car driving on the road under different crosswind conditions. At the same time, the aerodynamics character will be also investigated when a passenger car with the installation of aerodynamic accessories.
Simulation results show that the drag coefficient (Cd), lift coefficient (Cl), yawing moment coefficient (Cym) and rolling moment coefficient (Crm) could be decreased for the passenger cars with/without aerodynamic accessories when the passenger car speed increases. Meanwhile, the abovementioned coefficients could increase with the increasing crosswind velocity. Moreover, the aerodynamic accessories with different length installed under the car could influence the aerodaynamice chatacter. When the aerodynamic accessories length is very close to the ground, the rolling moment coefficient (Crm) tends to decrease, but the drag coefficient (Cd), lift coefficient (Cl), yawing moment coefficient (Cym) increas at lower crosswind angle. However, the lift coefficient (Cl) will also tend to decrease at higher crosswind angle. Besides, a passenger car installed the front spoiler with holes could effectively decrease the aerodynamics coefficients. Furthermore, a car installed rear spoiler could sensibly drop the lift coefficient that is helpful to give the down force for the car to promote the driving stability, even though the other aerodynamics coefficients could still increase. Finally, the vortex flow field around the car body can be clearly seen with the flow visualization analysis that will contribute to aerodynamic analysis.

目錄
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅲ
誌謝 Ⅴ
目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅹ
圖目錄 XI
符號索引 XXIII
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 3
1.4 論文架構 4
第2章 研究方法 5
2.1 數學模型 5
2.2 統御方程式 6
2.3 紊流模式 6
2.4 數值方法 9
2.4.1 離散法 9
2.4.2 一階上風法 11
2.4.3 移動網格模型 12
2.4.4 移動網格守恆方程式 12
2.5 車輛氣動力係數定義 13
第3章 數值模擬 16
3.1 邊界條件 17
3.2 模擬設定 20
3.3 網格模型驗證性 21
第4章 結果與討論 22
4.1 計算模擬步驟與參數項目示意圖 22
4.2 側風風速與車速對空氣動力係數之影響 23
4.2.1 對無加裝任何空氣動力套件車輛(car1)之氣動力影響 23
4.2.1.1 側風速度與車速對阻力係數(Cd)之影響 23
4.2.1.2 側風速度與車速對升力係數(Cl)之影響 25
4.2.1.3 側風速度與車速對偏向力矩係數(Cym)之影響 27
4.2.1.4 側風速度與車速對橫搖力矩係數(Crm)之影響 29
4.2.2 對加裝空氣動力套件車輛(car2)之氣動力影響 31
4.2.2.1 側風速度與車速對阻力係數(Cd)之影響 31
4.2.2.2 側風速度與車速對升力係數(Cl)之影響 33
4.2.2.3 側風速度與車速對偏向力矩係數(Cym)之影響 35
4.2.2.4 側風速度與車速對橫搖力矩係數(Crm)之影響 37
4.2.3 對加裝空氣動力套件車輛(car3)之氣動力影響 39
4.2.3.1 側風速度與車速對阻力係數(Cd)之影響 39
4.2.3.2 側風速度與車速對升力係數(Cl)之影響 41
4.2.3.3 側風速度與車速對偏向力矩係數(Cym)之影響 43
4.2.3.4 側風速度與車速對橫搖力矩係數(Crm)之影響 45
4.2.4 對加裝空氣動力套件車輛(car3-h)之氣動力影響 47
4.2.4.1 側風速度與車速對阻力係數(Cd)之影響 47
4.2.4.2 側風速度與車速對升力係數(Cl)之影響 49
4.2.4.3 側風速度與車速對偏向力矩係數(Cym)之影響 51
4.2.4.4 側風速度與車速對橫搖力矩係數(Crm)之影響 53
4.3 加裝車輛下擾流板對空氣動力係數之影響 55
4.3.1 下擾流板在側風角度30度時對小客車之氣動力影響 55
4.3.1.1 下擾流板對阻力係數(Cd)之影響 56
4.3.1.2 下擾流板對升力係數(Cl)之影響 58
4.3.1.3 下擾流板對偏向力矩係數(Cym)之影響 60
4.3.1.4 下擾流板對橫搖力矩係數(Crm)之影響 62
4.3.2 下擾流板在側風角度60度時對小客車之氣動力影響 64
4.3.2.1 下擾流板對阻力係數(Cd)之影響 64
4.3.2.2 下擾流板對升力係數(Cl)之影響 66
4.3.2.3 下擾流板對偏向力矩係數(Cym)之影響 68
4.3.2.4 下擾流板對橫搖力矩係數(Crm)之影響 70
4.3.3 下擾流板在側風角度90度時對小客車之氣動力影響 72
4.3.3.1 下擾流板對阻力係數(Cd)之影響 72
4.3.3.2 下擾流板對升力係數(Cl)之影響 74
4.3.3.3 下擾流板對偏向力矩係數(Cym)之影響 76
4.3.3.4 下擾流板對橫搖力矩係數(Crm)之影響 78
4.4 不同車型加裝尾翼後對空氣動力係數之影響 80
4.4.1 無裝下擾流板(car1)與加裝尾翼(car1-s)之氣動力影響 80
4.4.1.1 尾翼對阻力係數(Cd)之影響 80
4.4.1.2 尾翼對升力係數(Cl)之影響 82
4.4.1.3 尾翼對偏向力矩係數(Cym)之影響 84
4.4.1.4 尾翼對橫搖力矩係數(Crm)之影響 86
4.4.2 加裝下擾流板(car2)與加裝尾翼(car2-s)之氣動力影響 88
4.4.2.1 尾翼對阻力係數(Cd)之影響 88
4.4.2.2 尾翼對升力係數(Cl)之影響 90
4.4.2.3 尾翼對偏向力矩係數(Cym)之影響 92
4.4.2.4 尾翼對橫搖力矩係數(Crm)之影響 94
4.4.3 加裝下擾流板(car3)與加裝尾翼(car3-s)之氣動力影響 96
4.4.3.1 尾翼對阻力係數(Cd)之影響 96
4.4.3.2 尾翼對升力係數(Cl)之影響 98
4.4.3.3 尾翼對偏向力矩係數(Cym)之影響 100
4.4.3.4 尾翼對橫搖力矩係數(Crm)之影響 102
4.4.4 加裝下擾流板(car3-h)與加裝尾翼(car3-h-s)之氣動力影響
104
4.4.4.1 尾翼對阻力係數(Cd)之影響 104
4.4.4.2 尾翼對升力係數(Cl)之影響 106
4.4.4.3 尾翼對偏向力矩係數(Cym)之影響 108
4.4.4.4 尾翼對橫搖力矩係數(Crm)之影響 110
4.5 流場可視化模擬分析 112
4.5.1 對無加裝任何空氣動力套件車輛(car1)之流場可視化分析
112
4.5.2 對加裝空氣動力套件車輛之流場可視化分析 116
4.5.3 對加裝尾翼車輛之流場可視化分析 120
第5章 結論 124
第6章 未來展望 126
參考文獻 127

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