重型机械内流场仿真分析

重型机械内流场仿真分析

苏丽俐，邱雯婕

(1.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司,天津 300300；)

[摘要]为了研究泄压孔面积对驾驶室内流场气动特性的影响，进而解决重型机械车门关闭时车内乘员耳压不舒适的问题，采用Star CCM+的重叠网格技术，分析增加泄压孔对驾驶室内流场的影响，并通过试验对仿真结果进行验证。

关键词：内流场；耳压舒适性；泄压孔；重型机械

Influence of body pressure relief hole on ear pressure of excavator occupant

SuLili，Qiu Wenjie

[Abstract]In order to study the influence of pressure relief hole area on the aerodynamic characteristics of the flow field in the cockpit, and then solve the problem of uncomfortable ear pressure of the occupants when the door of heavy machinery is closed, Star CCM+ overlapping grid technology was used to analyze the influence of adding pressure relief holes on the flow field in the cockpit, and the simulation results were verified by experiments.

Keywords: Internal flow field; Ear pressure comfort; Pressure relief hole; Heavy duty machinery

1 前言

随着工业的发展，使用重型机械的人越来越多，使用时间越来越长，人们对重型机械的舒适性提出了越来越高的要求，其驾驶室的内部环境受到了越来越多的关注，也逐渐成为提高市场竞争能力的主要手段。对于重型机械来说，乘员在驾驶室内的时间非常长，车外噪音、沙尘等环境也很严峻，所以在考虑到驾驶环境的状况下研究如何提高驾驶室内的舒适性具有十分重要的现实意义。

目前，国内外已有诸多工程化应用实例对关门耳压进行优化，但是为缩短开发周期、为开发人员提供优化方向，进一步的对关门耳压影响因素进行深入研究是十分有必要的。

本研究以某重型机械为研究对象，采用Star-ccm+软件的重叠网格技术实现内流场仿真分析，通过HyperMesh对重型机械驾驶舱进行建模。通过仿真和试验的方法，研究增加泄压面积对关门时重型机械驾驶舱内耳压的影响，为优化乘员舒适性提供一种解决思路。

2 仿真分析

2.1 几何模型

为了仿真结果的真实性，本文以实际重型机械数模为基础，通过HyperMesh软件对全车部件进行几何处理，将各部件搭建整车模型，对整车模型进行有限元网格划分，建立1：1仿真模型，为了减少生成网格的数量和计算的工作量，在保留了原模型主要特点的基础上，对模型进行了适当简化以减少计算时间，驾驶舱的整体模型如图1所示。

本次模型主要研究了在重型机械空调口处增加泄压孔对驾驶室压耳感的影响。

图1 驾驶舱模型

2.2 网格及边界条件

2.2.1 网格

网格的质量对数值模拟的计算精度和计算效率有很大影响。对于几何造型复杂的模型，在细节处的网格尺寸要足够小，才能准确地模拟计算对象的几何形状，网格如果太大就不能准确地捕捉到流场的重要信息，甚至计算结果不收敛，网格数目太多则计算所用的时间会大大增加[8]。

本文采用了四面体网格，对仿真分析过程中重点的地方进行了细化，对几何结构比较简单的模型如挡风玻璃、车身等地方采用了大尺寸网格进行划分。

2.2.2 边界条件

本文气流的入口为车门，开度为45°，以1.2m/s的关门速度模拟车门关闭运动，出口为泄压孔，采用压力边界，以k-ε湍流模型作为仿真计算模型，监控车内座椅头枕处耳压的变化情况。

2.3仿真结果

仿真结果如图2所示，驾驶室增加泄压孔，关门瞬间驾驶室内的压力降低明显，关门瞬间驾驶室内压力幅值降低约34.3%。

图2 仿真结果

3 试验验证

为了进一步验证仿真结果的准确性，对重型机械驾驶室的空调口开孔并进行实车试验。以1.2m/s的关门速度，车门开度为45°的工况下，测试得到的峰值压力即为关门耳压值，结果如图3所示。

图3 试验结果

由试验结果可以看出，增加泄压孔扣，其关门耳压值为原状态的24.9%。

由仿真和试验的分析可以得出，在重型机械的驾驶室上增加泄压孔对耳压值、内流场的舒适性有很大的影响。在其他条件不变的情况下，耳压值越小，乘员越舒适。

5 结论

本文基于已有的关门耳压测试方法和重型机械，探究增加泄压孔在关门时对车内乘员舒适度的影响。

在重型机械驾驶室空调口处开泄压孔，面积为空调口实际面积，由仿真和试验结果可以看出，该方式有效降低了耳压值，改善了乘员舒适性，为重型机械的设计和优化提供一个参考。

参考文献

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[3]Y L.LEE, S H.HWANG. Flow characteristics in a cabin during door closure[J].Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers, Part D:Journal of Automobile Engineering, 2011.

[4]陈枫.考虑整车密封性的车门关闭过程压强分析[D].湖南大学, 2018.

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[6]谢鼎华,杨伟炎.耳聋的基础与临床.湖南科学技术出版社,2003.

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[8]耿聪聪,康明等.汽车关门压耳感影响因素研究及优化[J].重庆理工大学学报,2021,35(2):67-73.