氣動附加裝置在降低廂式貨車后體阻力中的有效應用

劉現允

摘 要： 廂式貨車運輸安全性極高，不會對貨物造成損害，在當前物流行業中使用較多。因為運輸貨物時存在一定要求，無法對貨廂作出較大改動，所以只是簡單的優化設計貨廂外形，不能提升廂式貨車的氣動特性。因此，要充分考慮到廂式貨車繞流的特性，將引起氣動阻力的因素找出來，通過對廂式貨車安裝氣動附加裝置，能夠讓后體阻力降低。本文在為廂式貨車模型安裝隔柵以后，進行了測力和測壓實驗，同時研究了其

阻力與背部壓力情況。關鍵詞：氣動附加裝置；廂式貨車；后體阻力

廂式貨車以長方體外形為主，其后體極易出現尾渦脫落，造成出現能量消耗的情況，車廂后體壓力將減少，形成較大的壓差阻力。對此，需要重新設計廂式貨車后部結構，將渦流發生器、隔柵等各種氣動附加裝置安裝在上面。如此一來，可以避免貨車后體出現尾渦脫落的現象，讓貨車后體的尾流結構得到改善，實現貨車后體氣動阻力的降低。

1 實驗設備與模型

本次實驗場所為一個回流式風洞，其界面為橢圓形。實驗段全場1.45m，進口尺寸為

1.02m×0.76m，出口尺寸為1.07m×0.82m，湍流度ε<1%。模型長 L為360mm，高H為 100mm，寬B為140mm。為模擬貨車的地面效應，將一個尺寸為650mm×500mm的平板安裝在距離模型底部30mm的位置，前后緣45°倒角。實驗中來流風速 U0等于 30m/s，基于模型長度L的雷諾數Re為6.8×105，與汽車模型實驗的自模雷諾數相符[1]。測力實驗期間，選擇2kg量程、0.2%靈敏度的一維應變阻力天平，測壓實驗選擇2940Pa量程的機械式壓力掃描閥系統。廂式貨車模型上開數個測壓孔，內徑設計成0.8mm，將PVC管與掃描閥傳感器連接起來，測出具體的壓力值。最后在廂式貨車模型上安裝隔柵，詳見圖1：

實驗過程中隔板高度h分為兩種類型，即 25mm和50mm。不僅包括圖 1中的“井”字形隔柵，在s等于8mm后，將兩條與“井”字形柵平行的橫豎隔板添加到模型對稱面上，構成3橫3豎的隔柵結構，表2為實驗工況和相應隔柵參數：

2 實驗結果與討論

在實驗期間，通過阻力天平先將模型未

表2 實驗工況和相應隔柵參數

安裝背部隔柵的阻力 D'測出來，然后將模型安裝背部隔柵時的阻力 D測量出來，在無量綱化后得出模型阻力系數CD：①：通過將模型未安裝背部隔柵系數CD'與安裝背部隔柵的阻力系數CD進行對比，能夠獲得阻力減小的具體值：②：在廂式貨車模型上安裝兩種隔柵，即高h分別為25mm與50mm，能夠得到阻力降低的值，詳見圖3和圖4。通過觀察圖4可知，將高 h為50mm的隔柵安裝在廂式貨車模型上后，控制好隔板與模型后緣的距離，即s為8mm。也就是工況IV，和廂式貨車模型邊緣非常接近，阻力減少值是2.34%。接下來在隔柵的中軸線上添加兩塊隔板，為工況IV，此時阻力

如圖8所示。測壓孔離開廂式貨車模型中心貨車安裝背部隔柵，并測出不同工況下阻力后，用x，y分別表示其橫縱坐標，并在無量減小的值，其中最大為7.19%。通過對其機理

綱化后獲得壓力系數Cp：的分析可知，由于隔板與后緣分離的剪切層

廂式貨車模型安裝隔柵后，其后體阻力顯著降低，這是由于模型后體發生變化，剪切層直接接觸隔板，這樣將不會出現尾渦結構。隔板附著剪切層以后，其后緣再次分離，導致模型后的分離尾渦區變得更窄，避免渦量耗散出現損失，從而降低了模型的阻力。

使用Fluent軟件，得出廂式貨車模型安裝隔柵前后的繞流情況，詳見圖5和圖6。從以下兩圖中可知，廂式貨車模型設置隔柵后，通過改變尾部結構，縮小了分離區范圍[3]。這個時候，應充分考慮其尾渦結構，確保隔板高度設計的科學性，要和模型邊緣保持一定距離，如果隔板偏低，則如圖3中的工況，此時隔柵高h為25mm，剪切層將不再與隔板相接觸，最終形成尾渦結構。這樣隔柵將不會對模型尾渦產生控制作用，也不能降低模

③：通過模型安裝背部隔柵與未安裝背部隔柵的壓力情況的對比，未安裝隔柵的模型背部位于負壓尾流區，壓力集中于 Cp等于 -0.3左右。模型安裝背部隔柵，且在工況IV下，則顯著提升了壓力分布，此時Cp接近于0。從這里可以看出，此時有效控制了模型的下游尾渦，讓分離尾渦區變得更窄，并提升了背部壓力系數[4]。所以，在廂式貨車后體安裝背部隔柵這類附加氣動裝置，能夠加大鈍體模型的背部壓力，讓模型后體壓差阻力降低。

3 結論

總之，在本文進行的實驗中，通過將隔柵安裝在廂式貨車模型的背部，得到其阻力變化情況，同時研究背部的壓力，分析影響阻力變化的因素。在實驗過程中，先對廂式相連，可以形成尾渦區，讓廂式貨車模型后體發生變化，減小尾渦區范圍，讓其背部獲得更大壓力，從而降低阻力。在實際中，要充分考慮廂式貨車尺寸，合理選擇氣動附加裝置，從而最大限度降低其后體阻力。

參考文獻：

[1]張元青，李文勇 .廂式貨車與剛性護欄碰撞的仿真分析 [J].桂林電子科技大學學報，2015，（06）：476-479.

[2]牛玉玲，楊乾堯，邵澤軍，吳文英 .廂式貨車配載的初步方法 [J].價值工程，2011，（30）：312-313.

[3]牛玉玲，邵澤軍，吳文英 .廂式貨車車門的配裝方案 [J].物流技術與應用，2011，

（10）：134-137.