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汽车在湿滑路面上行驶时,由于水膜的动力润滑作用,轮胎将会出现滑水现象,严重威胁到行车安全。轮胎的抗滑水性能与轮胎行驶速度、胎面花纹等因素密切相关。因此,研究轮胎滑水过程及其影响因素,对提高轮胎抗滑水性能具有十分重要的意义。
本文以205/50R16半钢子午线轮胎为研究对象,建立了基于FLUJENT的轮胎滑水CFD(计算流体力学)仿真分析模型。采用RNGk-ε湍流模型和VOF气液两相流模型模拟了轮胎滑水产生的过程,深入分析了滑水过程中的水流场特性以及滑水产生的原因。根据轮胎受到的动水压力随水流速度的变化曲线,预测了临界滑水速度,并将其与轮胎滑水FEM(有限元模型)预测值进行了对比分析,两者具有良好的一致性。
为分析滑水速度的影响因素,进行了纵向花纹轮胎和4种复杂花纹轮胎滑水仿真分析。结果表明,轮胎滑水时,水膜产生的动水压力集中在轮胎接地区域前端;水在轮胎接地区域前端的流动很复杂,出现分层和分离流动;胎面纵向花纹沟内的水受到轮胎接地前端水流动的影响,出现不同程度的旋转流动,影响了水从花纹沟内排出;水膜厚度超过胎面花纹沟深度时,轮胎受到的水膜压力明显增大,对轮胎滑水的影响较大;轮胎行驶速度对轮胎滑水影响显著,水膜动水压力与行驶速度的平方成正比;胎面横向花纹的存在,对轮胎滑水性能影响较大,其形状和位置能显著影响胎面花纹的排水能力;相连通的、顺着水膜流动方向的横向花纹沟有利于水从轮胎接地区域排出,从而提高轮胎的抗滑水性能。