汽車中空氣動(dòng)力學(xué)

1、汽車中空氣動(dòng)力學(xué)第1頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四資訊：解析汽車空氣動(dòng)力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)在汽車改裝中改善汽車空氣動(dòng)力學(xué)汽車上的空氣動(dòng)力學(xué)車身造型中的大學(xué)問(wèn)汽車風(fēng)阻微型攝像頭取代后視鏡第2頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四問(wèn)答：汽車行進(jìn)時(shí)都受到哪些阻力？汽車行進(jìn)時(shí)所受阻力大致可分為機(jī)械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。以美國(guó)60年代生產(chǎn)的典型轎車為例,車速為每小時(shí)60公里時(shí),空氣阻力為行駛總阻力的33%40%;車速為每小時(shí)100公里時(shí),空氣阻力為行駛總阻力的50%60%；車速為每小時(shí)150公里時(shí),空氣阻力為行駛總阻力的70%7

2、5%。汽車行駛時(shí)，如何避免浮升力的作用？對(duì)付浮升力主要的方法是使用車底擾流板，如我們熟知的“文式管”（Ferrari 360和ENZO屁股下面的喇叭管道）?，F(xiàn)在只有Ferrari 360M 、Lotus Esprit 、Nissan Skyline GTR還使用這樣的裝置。另一個(gè)主流的做法是在車頭下方加裝一個(gè)堅(jiān)固而比車頭略長(zhǎng)的阻流器。就是我們熟稱的氣壩。它可以將氣流引導(dǎo)至引擎蓋上，或者穿越水箱格柵和流過(guò)車身。至于車尾部分，其課題主要是如何令氣流順暢的流過(guò)車身，車尾的氣流也要盡量保持整齊。第3頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四汽車上加裝擾流板為何能減少尾部升力?利用擾流板的傾

3、斜度，使風(fēng)力直接產(chǎn)生向下的壓力，如F1賽車尾部的擾流板一般傾斜15度，高速行駛時(shí)可達(dá)1000公斤以上的壓力。但是，擾流板同時(shí)也增加了風(fēng)阻，如Fl的風(fēng)阻系數(shù)接近1.0(一般轎車為0.30.5)。這里就要求在設(shè)計(jì)時(shí)必須恰到好處，使增加的風(fēng)阻與改善的性能相對(duì)非常小。擾流板都有哪些類型？按材質(zhì)來(lái)分，目前市場(chǎng)上的擾流板主要有三種：第一種是以原廠生產(chǎn)的玻璃鋼材質(zhì)的擾流板，相對(duì)比較貼合車身的線條。第二種就是鋁合金的擾流板，給人感覺比較夸張，但導(dǎo)流效果不錯(cuò)，而且價(jià)格適中，不過(guò)重量要比其他材質(zhì)的擾流板稍重些。第三種就是最好的擾流板材質(zhì)碳纖維的擾流板，是高剛性和高耐久性的完美結(jié)合，并廣泛被F1賽車采用，F(xiàn)1賽車上

4、擾流板的空間位置有些是可以調(diào)校的，調(diào)校方式分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種，其中自動(dòng)調(diào)校型多了液壓立柱，可根據(jù)車速自動(dòng)調(diào)整擾流板的角度。一般建議消費(fèi)者選擇手動(dòng)調(diào)校型的，液壓自動(dòng)調(diào)校型的不僅價(jià)格較貴，而且不如手動(dòng)型操作方便第4頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四Cd值指的是什么？如何理解？人們普遍對(duì)Cd值存在一些誤解。在許多車廠的產(chǎn)品介紹書中，常常會(huì)提及新車的風(fēng)阻系數(shù)降低至多少多少Cd，而Cd所指的并不簡(jiǎn)單是指我們一般所說(shuō)的空氣阻力，而是流氣拉力系數(shù)（Drag Coefficient），一般而言氣流在車尾造成的拉力，數(shù)值越低，表示車尾氣流處理的越流暢，該部分的浮升力亦會(huì)越小，相對(duì)而言，車輛行

5、走時(shí)的阻力會(huì)低一點(diǎn)，后輪的下壓力也會(huì)好一點(diǎn)。說(shuō)到這里我們就應(yīng)該明白，加裝尾翼并不一定會(huì)增加Cd值！如果加裝尾翼和尾擾流器后，車輛尾部氣流通過(guò)的流暢度增高，那么這輛車的Cd值反而應(yīng)該降低。汽車設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題并不止于車尾，其實(shí)車頭的長(zhǎng)度和寬度也會(huì)影響一部汽車的總拉力數(shù)值。比如前縱置引擎的中心點(diǎn)要比前軸的中心點(diǎn)更前，車頭就容易造得很長(zhǎng)，而如果加寬前輪距來(lái)橫置擺放引擎，車頭部分就會(huì)隨著加寬，以上兩種情況都會(huì)影響到整體的氣流拉力（Cda）。雖然有可能一輛車的Cd造得很低，但是同樣難以彌補(bǔ)車頭部分增加的長(zhǎng)度和寬度所帶來(lái)的整體氣流拉力數(shù)值的上升，這樣一來(lái)等于完全抵消了Cd下降的效果。比如老款的Acco

6、rd，雖然風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到了Cd0.25，可是因?yàn)檐圀w全面比上一代要加大許多，所有在高速時(shí)的穩(wěn)定性表現(xiàn),估計(jì)不會(huì)有大幅的攀升，如果這方面的表現(xiàn)的確有所改進(jìn)，也首先應(yīng)該歸功于軸距的加長(zhǎng)和懸掛設(shè)定的改進(jìn)，空氣動(dòng)力學(xué)的成就反而是次要的。因?yàn)槊裼密嚨目諝鈩?dòng)力學(xué)表現(xiàn)必須兼顧降低風(fēng)噪和燃油經(jīng)濟(jì)性，所有在設(shè)計(jì)時(shí)必然會(huì)對(duì)汽車的下壓力作出一定的犧牲。因此，在大家談?wù)揅d時(shí)，不應(yīng)該認(rèn)為Cd代表了一部汽車的整體空氣動(dòng)力表現(xiàn)，更不能輕易的認(rèn)為隨便加裝一只尾翼或者巨型擾流器就必然可以獲得更好的空氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)！其實(shí)充其量它只不過(guò)改善了空氣動(dòng)力學(xué)中某個(gè)部分的表現(xiàn)而已。第5頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四擾

7、流板是否越大越好？不是的。安裝擾流板除了美觀作用外，更大的作用是高速時(shí)候?yàn)閻圮囂峁┍匾姆€(wěn)定性。由于大多數(shù)轎車以城市道路行駛為主，車輛根本達(dá)不到擾流板能夠發(fā)揮作用的時(shí)速，體積越大，低速阻力就越大，再加上很多車主安裝的是鋁合金擾流板，車身整體重量的增加，也勢(shì)必導(dǎo)致油耗的上升。因此這樣做是得不償失的，選擇一個(gè)大方得體美觀實(shí)用的擾流板才是改裝之真諦?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的的車型都是普通轎車，但是很多車主也加裝有擾流板，由于這些車的速度不是很高，因此擾流板很難發(fā)揮實(shí)際的作用，而美化車身外觀則成了裝擾流板的最大目的。第6頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四在空氣動(dòng)力學(xué)中什么是地面效應(yīng)？嚴(yán)格來(lái)講

8、，地面效應(yīng)的概念只適用于在高速空氣動(dòng)力學(xué)。飛機(jī)的翼尖渦流是這一理念被引入的主要原因。當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼進(jìn)入高速狀態(tài)時(shí)，其下表面的高壓氣流往往會(huì)越界翻滾到機(jī)翼上表面擾亂低壓氣流，從而形成誘導(dǎo)阻力。降低機(jī)翼的升阻比，導(dǎo)致機(jī)翼效率大降。而當(dāng)飛機(jī)近地飛行時(shí)，由于與地面之前的空間更為有限，機(jī)翼下部的氣流層便會(huì) 更加的平穩(wěn)，從而擾亂翼尖渦流。在沒有翼尖渦流的情況下，機(jī)翼的攻角能變得更為接近理論水平，因此便使飛機(jī)更有效率。這就是地面效應(yīng)真正的作用。同時(shí)很多只在地效區(qū)域飛行的地效飛行器，也是利用這種原理來(lái)獲得更優(yōu)質(zhì)的升力，來(lái)提升機(jī)翼的效率。但是在F1領(lǐng)域中，地面效應(yīng)被賦予了截然不同的概念。F1工程師通過(guò)特別設(shè)計(jì)的底盤

9、（蓮花78,79）或風(fēng)扇（布拉漢姆車隊(duì)創(chuàng)造的BT46B型風(fēng)扇底盤賽車），人為地制造真空以獲取強(qiáng)大的吸地效應(yīng)。離地間隙（賽車底部和賽道表面之間的距離）對(duì)提高底盤和擴(kuò)散器之間的聯(lián)系的效用有大的幫助，賽車的底板是最重要的空氣動(dòng)力附加裝置。底盤和賽道之間的離地間隙越小，該區(qū)域氣流運(yùn)動(dòng)的速度也就越大，根據(jù)伯努利方程，此區(qū)域的靜壓力也就減小，賽車所受的氣動(dòng)負(fù)升力也就越大，使得賽車被強(qiáng)烈地“吸附”在賽道上，產(chǎn)生所謂的“地面效應(yīng)”。地面效應(yīng)曾被F1車隊(duì)用來(lái)提高車速，但為防止追求更高的轉(zhuǎn)彎速度而引發(fā)事故，F(xiàn)IA規(guī)定賽車前輪后后緣到后輪前緣部必須平直，限制了地面效應(yīng)的充分應(yīng)用。第7頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月2

10、0日，9點(diǎn)2分，星期四空氣動(dòng)力學(xué)中常見的效應(yīng)有哪些？想請(qǐng)教一下空氣動(dòng)力學(xué)中常見的效應(yīng)有哪些？比如馬格努斯效應(yīng)等？謝謝熱氣球效應(yīng)、拉佛兒噴管、卡門渦街等很多。我們常說(shuō)的足球中的“香蕉球”就是馬格努斯效應(yīng)的一種應(yīng)用。如何減小汽車的外形阻力和干擾阻力？轎車車身應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)成流線型，橫向截面面積不要太大，車身各部分用適當(dāng)?shù)膱A弧過(guò)渡，盡量減少突出車身的附件，前臉、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、前擋風(fēng)玻璃適當(dāng)向后傾斜，后窗、后頂蓋的長(zhǎng)度、傾角的設(shè)計(jì)要適當(dāng)。此外，還可以在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b導(dǎo)流板或擾流板。通過(guò)研究汽車外部的氣流規(guī)律，不僅可以設(shè)計(jì)出更加合理的車身結(jié)構(gòu)，還可以巧妙地引導(dǎo)氣流，適當(dāng)利用局部氣流的沖刷作用減少車身上的塵土

11、沉積。第8頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四風(fēng)阻對(duì)汽車油耗的影響到底有多大？所謂風(fēng)阻就是風(fēng)的阻力。一般車輛在前進(jìn)時(shí)，所受到風(fēng)的阻力大致來(lái)自前方，除非側(cè)面風(fēng)速特別大。不然不會(huì)對(duì)車輛產(chǎn)生太大影響，就算有，也可通過(guò)方向盤來(lái)修正。風(fēng)阻對(duì)汽車性能的影響甚大。風(fēng)阻系數(shù)Cd是衡量一輛汽車受空氣阻力影響大小的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)阻系數(shù)越小，說(shuō)明它受空氣阻力影響越小，反之亦然，因此說(shuō)風(fēng)阻系數(shù)越小越好。一般來(lái)講，我們?cè)隈R路上看到的大多數(shù)轎車的風(fēng)阻系數(shù)在0.280.4間，流線性較好的汽車如跑車等，其風(fēng)阻系數(shù)可達(dá)到0.25左右，一些賽車可達(dá)到0.15左右。風(fēng)阻系數(shù)與汽車油耗有成正比的關(guān)系，因此降低空氣阻力

12、系數(shù)，對(duì)于降低汽車的燃料消耗，有重要的實(shí)際意義。根據(jù)測(cè)試，當(dāng)一輛轎車以80公里/時(shí)前進(jìn)時(shí)，有60%的耗油是用來(lái)克服風(fēng)阻的。那么如何降低汽車的風(fēng)阻系數(shù)呢？風(fēng)阻系數(shù)的大少取決于汽車的外形。無(wú)庸置疑的，流線型的車身必可獲得理想的風(fēng)阻系數(shù)。所以，在選購(gòu)汽車時(shí)，車身的流線型的好壞也不能忽視，因?yàn)樗苯佑绊戃嚨挠秃牡?頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四在處理高速空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，采用哪種耦合求解器效果更好？為什么？高速空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題也屬于可壓縮流動(dòng)的范圍，在Fluent中原則上，使用Pressure-based和Density-based求解器都可以。從歷史根源上講，基于壓力的求解器以

13、前主要用于不可壓縮流動(dòng)和微可壓縮流動(dòng)，而基于密度的求解器用于高速可壓縮流動(dòng)?，F(xiàn)在，兩種求解器都適用于從不可壓到高速可壓的很大范圍流動(dòng)，但總的來(lái)講，當(dāng)計(jì)算高速可壓縮流動(dòng)時(shí)，基于密度的求解器還是比基于壓力的求解器更有優(yōu)勢(shì)，因此，在使用Fluent計(jì)算高速可壓縮流動(dòng)時(shí)，從理論上來(lái)講使用Density-based求解器應(yīng)該會(huì)更合適。也許有很多人對(duì)于Pressure-based和Density-based求解器的原理的認(rèn)識(shí)還不夠深，在此稍微介紹一下：求解Navier-Stokes方程的計(jì)算方法根據(jù)連續(xù)方程的處理方式，可以分為密度法和壓力法。不論是密度法還是壓力法，速度場(chǎng)都是由動(dòng)量方程所控制，差別在壓力場(chǎng)

14、的確定方法上，密度法是通過(guò)連續(xù)方程確定密度，再由狀態(tài)方程換算壓力，這一方法多用于可壓縮流動(dòng)，作一定修正后，也可用于低馬赫數(shù)流動(dòng)，而這一流動(dòng)已被看做不可壓縮流，但此時(shí)精度及魯棒性都有所降低，對(duì)于湍流甚至?xí)ビ行?。密度法的弱點(diǎn)正好是壓力法的長(zhǎng)處，壓力法是通過(guò)壓力方程或壓力修正方程來(lái)獲得壓力場(chǎng)，由于其魯棒性及有效性，得以廣泛使用。該方法原是作為求解不可壓縮流動(dòng)發(fā)展起來(lái)的，但也可以推廣到可壓縮流的計(jì)算上。這兩種方法在求解思路上也有所不同，密度法多用同步求解各變量，而壓力法則常為順序求解各變量。顯然順序求解的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是便于補(bǔ)充方程而無(wú)需修改算法程序。第10頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2

15、分，星期四如何降低高速行駛時(shí)產(chǎn)生的升力所造成的阻力？要設(shè)法降低行駛中的升力，包括使弦線前低后高，底版尾部適當(dāng)上翹，安裝導(dǎo)流板和擾流板等措施。一部分外部氣流被引進(jìn)汽車內(nèi)部，可能會(huì)在一定程度上減少了外部氣流對(duì)汽車的阻力，但氣流在流經(jīng)內(nèi)部氣道時(shí)也產(chǎn)生的摩擦、旋渦損失。研究汽車內(nèi)部的氣流規(guī)律，可以盡量減少內(nèi)部氣阻，有效地進(jìn)行冷卻和通風(fēng)。利用氣流分布規(guī)律，還可以巧妙地把發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口安排在高壓區(qū)，提高進(jìn)氣效率，減少高壓區(qū)附近的渦流，同時(shí)把排氣口安排在低壓區(qū)，使排氣更加順暢第11頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四文庫(kù)：車輛間距對(duì)于典型汽車空氣動(dòng)力性能的影響（The effect of

16、vehicle spacing on the aerodynamics of a representative car shape）.pdfCFD模擬道路測(cè)量環(huán)境柴油車排氣的稀釋與氣融化（Dilution and aerosol dynamics within a diesel car exhaust plumeCFD simulations of on-road measurement conditions）.pdf汽車尾氣在街道環(huán)境中的逸散。根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)（Car exhaust dispersion in a streel canyon. Numerical critique of a wind tunnel experiment）.pdf汽車風(fēng)阻說(shuō)分明.pdf淺談棒球和汽車的空氣動(dòng)力學(xué).pdf將CFD應(yīng)用于軌道車和機(jī)車的空氣動(dòng)力學(xué)分析中（Application of CFD to Rail Car and Locomotive Aerodynamics）.pdf道路車輛的空氣動(dòng)力學(xué)（aerodynamics of road vehicles）.pdf第12頁(yè)，共14頁(yè)，2022年，5月20日，9點(diǎn)2分，星期四CFD軟件在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdfCFD在汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdfFLUENT在某轎車