汽车空气动力学
空气动力学在汽车制造中的应用
空气动力学在汽车制造中的应用空气动力学是研究气体流体在运动中的力学性质的学科，广泛应用于许多领域，包括航空航天、建筑工程、能源产业等。
而在汽车制造领域，空气动力学也扮演着重要的角色。
本文将介绍空气动力学在汽车制造中的应用，并探讨其对汽车性能和效率的影响。
一、空气阻力与汽车性能空气阻力是车辆行驶时所受到的一种阻碍力，它可以对汽车的性能产生直接的影响。
空气动力学的研究可以帮助汽车制造商设计更加流线型的车身，以减少空气阻力。
流线型车身能够减小车辆周围的气流阻力，从而降低能源消耗，提高汽车的燃油效率。
二、空气动力学与空气动力设计空气动力学对汽车的设计起到了关键作用。
通过利用气流分析和数值模拟，工程师可以预测汽车在不同速度下的气动性能。
他们使用计算流体力学（CFD）软件，通过模拟气流的流动，优化车辆的外形和构造。
这种设计优化可以减少车辆的空气阻力，提高车辆的稳定性和行驶性能。
三、空气动力学与车辆操控空气动力学还对汽车的操控性能产生影响。
通过改善车辆的气动性能，可以实现更好的稳定性和操控性。
例如，在赛车运动中，通过增加前后扰流器和侧翼，可以增加车辆的下压力，提高车辆在高速行驶时的稳定性。
同样地，一些高性能汽车采用了活动式尾翼设计，通过调整尾翼的角度，可以在不同的速度下提供更好的操控性能。
四、减少噪音和振动除了改善汽车的气动性能，空气动力学还可以帮助减少噪音和振动。
通过对车辆的外形和构造进行优化，可以降低气流产生的噪音和振动。
同时，一些流体力学的原理也可以应用于车辆的排气系统和发动机设计中，以减弱排气噪音和振动。
五、气动力学与电动汽车随着电动汽车的不断发展，空气动力学在电动汽车的设计中也变得关键。
电动汽车由于需要较大容量的电池组，通常比传统汽车更重。
然而，通过优化车辆的外形和减小空气阻力，可以提高电动汽车的续航里程。
此外，空气动力学也在电动汽车充电设备的设计中发挥作用，通过优化充电插头和充电站的设计，可以减少充电过程中的能量损耗。
汽车空气动力学设计
风洞实验可以提供精确的测量数据，如车辆阻力、气动升力和气动稳定性等，为汽 车设计提供重要的参考依据。
车辆阻力测试
车辆阻力测试是评估汽车空气动 力学性能的重要指标之一，它反 映了汽车在行驶过程中受到的空
气阻力大小。
噪，提高驾驶舒适性和安全性。
03
节能环保
随着能源和环境问题的日益严重，低能耗、低排放的汽车已成为发展趋
势。良好的空气动力学设计有助于提高汽车的燃油经济性，减少排放，
符合节能环保的要求。
汽车空气动力学的发展历程
初期发展
早期的汽车设计主要依靠经验和试错法进行，没有系统的空气动力学研究。
快速发展期
随着流体力学和计算技术的发展，汽车空气动力学逐渐成为一个独立的学科领域。流线型 车身设计、尾翼等空气动力学部件开始出现。
总结词
提高运营效率
详细描述
城市客车的空气动力学设计主要目标是提高运营效率。通过流线型车身设计、减少车身 附件和优化底盘高度，可以降低风阻和提升行驶稳定性。此外，合理的进气口和排气口 设计也有助于提高客车的散热性能和减少噪音，从而提高城市客车的运营效率和乘客舒
适度。
THANKS
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现代发展
现代汽车空气动力学研究更加深入和精细化，涉及到数值模拟、风洞试验和实车测试等多 种手段。同时，随着电动汽车的兴起，空气动力学与热管理之间的联系也更加紧密。
02
汽车空气动力学原理
伯努利定律
• 伯努利定律：流体的速度越大，其静压越小；反之，流体的速 度越小，其静压越大。在汽车设计中，可以利用伯努利定律来 控制车头的进气和车尾的排气，以优化汽车的空气动力学性能。
车辆空气动力学
车辆空气动力学车辆空气动力学是指车辆行驶时空气对车辆的影响和作用的学科。
空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用，它涉及到车辆的气动外形设计、空气阻力、升力、气流优化等方面，直接影响到车辆的性能、稳定性和燃油经济性。
车辆在行驶过程中，空气对车辆的影响主要表现为空气阻力和升力。
空气阻力是车辆行驶时空气对车辆前进方向施加的阻力，直接影响到车辆的速度和燃油消耗。
为了降低空气阻力，汽车设计师需要通过合理设计车身外形、减小车身侧面积、降低车身下压力等方式来优化车辆的空气动力学性能。
除了空气阻力，车辆在高速行驶时还会受到空气的升力影响。
升力会使车辆在高速行驶时产生不稳定的飘移现象，降低车辆的操控性和行驶稳定性。
为了减小升力，汽车设计师需要通过设计合理的车身下压力装置、增加车身稳定性等措施来改善车辆的空气动力学性能。
在汽车设计中，空气动力学设计是一个复杂而重要的领域。
设计师需要考虑车辆的外形、车身结构、进气口、排气口等因素，以确保车辆在高速行驶时具有良好的空气动力学性能。
通过使用计算流体力学（CFD）等工具，设计师可以模拟车辆在不同速度下的空气流动情况，优化车辆的空气动力学性能。
除了影响车辆性能和燃油经济性外，空气动力学还可以影响到车辆的外观设计。
许多现代汽车设计都采用了流线型的外形设计，以降低空气阻力和减小升力，提高车辆的性能和稳定性。
流线型的外形设计不仅具有美观的外观，也是对空气动力学原理的有效运用。
总的来说，车辆空气动力学是汽车设计中不可忽视的重要领域。
通过优化车辆的空气动力学性能，可以提高车辆的性能、稳定性和燃油经济性，为驾驶员提供更加安全和舒适的驾驶体验。
未来随着科技的不断发展，空气动力学在汽车设计中的作用将变得更加重要，为汽车工业的发展带来新的机遇和挑战。
汽车空气动力学原理解析
汽车空气动力学原理解析当我们驾驶汽车在道路上疾驰时，可能很少会去思考空气对车辆行驶的影响。
但实际上，汽车空气动力学在车辆的性能、燃油效率、稳定性和舒适性等方面都起着至关重要的作用。
首先，让我们来了解一下什么是汽车空气动力学。
简单来说，它研究的是汽车在行驶过程中与空气相互作用的规律，以及如何通过优化车辆的外形和结构，来减少空气阻力，提高车辆的性能和效率。
空气阻力是汽车行驶中需要克服的主要阻力之一。
当汽车行驶时，空气会在车身表面形成一层边界层。
这层边界层的摩擦力会产生阻力，而且汽车前方的空气被压缩，形成压力波，后方则形成低压区，前后的压力差也会产生阻力。
这些阻力的总和就是我们常说的空气阻力。
空气阻力的大小与车速的平方成正比，这意味着车速越高，空气阻力对车辆性能和燃油消耗的影响就越大。
那么，汽车设计师们是如何运用空气动力学原理来降低空气阻力的呢？车辆的外形设计是关键。
流线型的车身能够有效地减少空气阻力。
比如，车头部分通常设计成较为圆润的形状，这样可以减少空气的冲击和分离，使气流更顺畅地流过车身。
前挡风玻璃的倾斜角度也经过精心设计，既能提供良好的视野，又能减少气流的阻力。
车身侧面的线条要尽量平滑，避免出现突兀的凸起或凹陷。
车尾部分的设计同样重要，一个良好的车尾设计可以减少车尾的乱流，降低阻力。
除了外形，车辆的一些细节设计也对空气动力学有着重要影响。
例如，后视镜的形状和位置，如果设计不合理，会在行驶中产生较大的阻力。
现在很多车型都采用了更符合空气动力学的后视镜形状，或者使用摄像头代替传统后视镜，以降低阻力。
车辆底部的平整度也很重要，不平整的底部会使气流紊乱，增加阻力。
因此，一些高性能汽车会在底部安装护板，使气流能够更顺畅地通过。
汽车的进气和散热系统也与空气动力学密切相关。
进气口的位置和形状要既能保证足够的进气量，又能减少阻力。
散热格栅的设计也要考虑到气流的流动，以提高散热效率的同时降低阻力。
此外，汽车的风阻系数是衡量其空气动力学性能的一个重要指标。
汽车空气动力学
(3-12)
在其它因素不变情况下，具有最大驱动力 Ftmax时，可以 获得最高车速，由式(3-12) 1 得： 2
Va max Ft max Gf 1 A(C X C Z ) 2
v 附面层内有速度梯度 ，所以产生有粘性 y
切应力τ ，摩擦阻力直接与气流底层y=0处的 v y 速度梯度 大小有关，如今y=0处的粘 性切应力为τ 0:
y 0
v 0 y y 0
(3-3)
在标准状况下（一个大气压，15°C）， 空气动力粘度η =1.7894×10-5N· s／㎡。尽管 空气动力粘度系数很小，但由于附面层的厚度 很小，附面层内的速度梯度很大，所以附面层 内产生的切应力和摩擦力不能忽略。由于附面 层外的速度梯度较小，在那里我们可以不考虑 空气的粘性作用而把它看成为理想流体。
1 V2 A 2
2 b
A
图 3-4 汽车的诱导阻力
式中，b为汽车宽度，A为汽车正投影面积。
3.2.4
干扰阻力
它是车身外面的凸起物例如后视镜、流水 槽、导流板、挡泥板、天线、门把手、底盘下 面凸出零部件所造成的阻力，占总阻力的14%。
3.2.5
内循环阻力
它是指为了发动机冷却和乘坐舱内换气而 引起空气气流通过车身的内部构造所产生的阻 力，它占总阻力12%。
(3-11)
上式中，前一项为滚动阻力公式，它与车速成正 比；后一项为气动阻力功率，它与车速的三次方 成正比。
对于一般轿车来说，当车速Va=65km/h时， 滚动阻力功率等于气动阻力功率；当车速再大 时，气动阻力功率迅速上升，往往大于滚动阻 力功率。可见，当汽车在高速公路上行使时， 降低气动阻力很有现实意义。 3.3.3 气动阻力与最高车速的关系 如果汽车在水平路面上作等速行使，驱动 力全部用来克服滚动阻力和气动阻力，即：
汽车空气动力学
发展期的汽车空气动力学造型
受二战影响，整个40年代上半期的汽车工业基本处于停滞状态。美 国在战后的几十年时间里，汽车设计的方向是强调动力性而不是空 气动力学。技术成熟的V8发动机和便宜的汽油价格，使得流线型设 计的车型得不到公众的认可。
由于战后在燃油成本和经济上的显著差异，相比美国人，欧洲人此 时更青睐于方便，经济、便宜的小型车，欧洲厂商在小型车上看到 了更多可以采用空气动力学设计的地方。1948年款的中置发动机三 座Wimille两门轿车，明确的表明了欧洲人是怎样继续推动汽车空气 动力学发展的。
连续性方程和伯努利方程
（1）连续性方程 汽车周围的空气流动基本可以假设为定常流动。由于汽车周 围的空气压力变化不大，可近似认为空气密度不变，因此流 过流束任一截面的流量彼此相等。即：
1V1A1 2V2A2 C 1
式面中上，的平1均和流2速是；1A、1 2和截A面2 是上1的、平2均截密面度的；面V积1 ；和是V 常2 是数1。、2截
第四章 汽车空气 动力学
汽车空气动力学 概述
汽车所受的气动 力及力矩
气动力对汽车性 能的影响
汽车外形与气动 特性关系
风洞试验
汽车空气动力学造型发展历程
初期的理想空气动力学造型探索
汽车领域里，首先向空气动力学寻求了帮助的是赛车，1899 年金纳茨设计出“子弹型”汽车，最高时速超过了105km/h， 是历史上首次突破100km/h时速的汽车。
第四章 汽车空气 动力学
汽车空气动力学 概述
汽车所受的气动 力及力矩
气动力对汽车性 能的影响
汽车外形与气动 特性关系 风洞试验
汽车空气动力学 造型发展历程
空气动力学基础 知识
汽车周围的流场
汽车空气动力学原理的应用
汽车空气动力学原理的应用当我们驾驶汽车在路上飞驰时，可能很少会想到，汽车的外形设计和行驶过程中所受到的空气阻力，其实都与空气动力学原理息息相关。
汽车空气动力学是一门研究汽车在行驶过程中与空气相互作用的科学，其应用不仅影响着汽车的性能、燃油经济性，还关系到车辆的稳定性和安全性。
首先，让我们来了解一下什么是汽车空气动力学。
简单来说，它是研究空气在汽车周围流动时所产生的各种力和现象的学科。
当汽车行驶时，空气会对车身产生阻力，同时也会在车底、车轮、车窗等部位产生升力或下压力。
通过合理的设计，可以减小阻力、增加下压力，从而提高汽车的性能。
汽车的外形设计是空气动力学应用的重要方面。
流线型的车身能够有效地降低风阻。
想象一下，一个圆润、光滑的物体在空气中移动，与一个棱角分明、凹凸不平的物体相比，前者所受到的阻力要小得多。
现代汽车的设计越来越注重线条的流畅性，从前脸到车尾，都经过精心的雕琢。
例如，车头的倾斜角度、大灯的形状、进气格栅的大小和位置等，都会影响空气的流动。
车尾的设计也同样重要，扰流板、后保险杠的形状等都能起到减少空气阻力和增加下压力的作用。
除了外形，汽车的底盘设计也对空气动力学有着重要影响。
平整的底盘可以减少车底气流的紊乱，降低风阻。
一些高性能汽车甚至会采用底盘护板来进一步优化气流。
此外，车轮和轮毂的设计也不容忽视。
合适的轮毂形状和轮胎花纹能够减少空气的阻力，提高车辆的行驶效率。
空气动力学在汽车的燃油经济性方面也发挥着关键作用。
较低的风阻意味着汽车在行驶中需要克服的阻力减小，发动机的负荷降低，从而节省燃油。
据研究，风阻系数每降低 10%，燃油经济性可以提高 3%左右。
这对于日益紧张的能源形势和消费者的钱包来说，都是非常重要的。
在汽车的稳定性和操控性方面，空气动力学同样功不可没。
通过在车身上增加空气动力学套件，如扰流板、扩散器等，可以增加车辆在高速行驶时的下压力，使车轮与地面的附着力更强，提高车辆的稳定性和操控性。
汽车的空气动力学
150
200
速度 (Km/h)
（气动阻力系数）
CD= 0.30
0.25 时
日本JC08工况
3%
北美工况
5%
100km/h定速
8%
以某小型混动轿车为例
特别在高速走行时，低油耗开发是必不可少的技术。
汽车上的气动力
气动力(F) = ½ ρ V2 CD A
气动阻力系数(CD) =
F ½ ρ V2 A
ρ：空气密度 V：速度 A：正投影面积
涡街噪声的特点
风振
由前方来流撞击在天窗开口后部，产生涡 乘员舱内产生强烈震动，发出压迫耳朵的声音。
导风板
天窗开
涡 导风板 ル天ー窗フ前先端端部部分分
车顶钣金 车顶玻璃
特征
・涡较大时⇒ 频率低 ・涡的能量大 ・变化不大
笛吹音 由于压力变动产生、在狭小的空间发生共鸣
现象
发生部位
段差处的笛吹音
去除段差 增大段差
侧倾力矩（ＣＲ）
升力(Lift) 横摆力矩(ＣＹ)
横力(ＣＳ) 纵倾力矩 (ＣＰ)
空力性能对整车性能有非常大的影响。
气动阻力的贡献度
100km/h时占全部行驶阻力7成 200km/h时占全部行驶阻力9成
气动阻力降低，燃料经济性提升效果
行驶阻力
空气阻力
空气阻力
行
驶
90%
阻
力
空气阻力
70%
0
50
100
例如：
100km行驶时 ⇒ 140km时！？
50kg
〇98〇kgkg
速度增加1.4倍 ⇒ 那么、汽车行驶阻力增加约2倍
气动阻力较小的车辆
正面投影面积小
汽车动力学之空气动力学
•
•
1.空气动力学基础知识节
1.3 压力系数
定义
常用压力系数来表示物体在气流流场中表面各点压力的大小。 压力系数定义： CP =
P－P∞ V )2 C = 1 － ( ； 可整理为： P 2 V∞ ρV∞ /2
ＣＰ≤１。ＣＰ＝１处，Ｖ＝０，是驻点。
表示方法
矢量法 坐标法
汽车空气动力学
2.汽车空气动力与空气动力矩
前四种为压力阻力。
Cd总值：0.45 A—形状阻力(Cd=0.262)； B—干扰阻力(Cd=0.064)； C—形状阻力(Cd=0.053)； D—形状阻力(Cd=0.031)； E—形状阻力(Cd=0.040)。
3.空气阻力
3.2 形状阻力
形状阻力主要是压差阻力，是由车身的外部形状决定的。
前风窗对空气阻力的影响 • 前风窗对气流的影响 • 减小前风窗处空气阻力的措施
•
1.空气动力学基础知识节 • 减小形状阻力的措施 • 降低逆压梯度 减缓物体背流面的截面变化，使分离 点（分离线）向后移，减小尾流区。 • 增大紊流度 增大物面的粗糙度。 分离是产生在附面层 • 流体没有粘度，就没有附面层。 • 没有附面层，就不会产生气流分离现象。 汽车上的分离区 气流在前风窗下部、车顶前端、行李前 部等处分离后，又重新附着，形成分离区（亦 称为“气泡”( bubble)）。
理想的发动机空气冷却系统
• • • • • • 气流通道为密封的直管道； 散热器面积大，进入的气流速度低； 全部气流都流经散热器； 通道面积变化缓和，无涡流产生； 流经散热器的气流为紊流； 可根据散热要求调节气流流量。
汽车空气动力学
4.空气升力
4.1 空气升力
汽车空气动力学绪论
在风洞中模拟汽车行驶时的气流状态，通过测量和分析气流参数来研究汽车空气动力学特性。
风洞实验
在真实道路上对实际行驶的汽车进行测量，获取汽车在各种行驶状态下的空气动力学性能数据。
实车试验
对汽车各个部件进行单独实验，研究各部件对整车空气动力学性能的影响。
部件实验
实验研究
流体动力学软件
使用专业的流体动力学软件，如ANSYS Fluent、CFX等，进行汽车空气动力学数值模拟。
汽车空气动力学绪论
目录
绪论 汽车空气动力学的基本原理 汽车空气动力学的应用 汽车空气动力学的研究方法 汽车空气动力学的未来发展
01
绪论
汽车空气动力学是一门研究汽车与空气相互作用规律的学科，主要探讨汽车在行驶过程中受到的空气阻力、升力、侧向力和动力的影响，以及如何通过优化汽车空气动力学设计来提高汽车的燃油经济性、动力性能和行驶稳定性。
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智能汽车的空气动力学研究
未来汽车空气动力学的挑战与机遇
挑战
随着汽车技术的不断进步，汽车空气动力学面临的挑战也在不断增加，如降低风阻、减小气动噪声和提高燃油效率等。
机遇
汽车空气动力学的发展也为汽车工业带来了新的机遇，如通过优化空气动力学性能提高车辆性能和安全性，以及通过气动噪声控制提升乘客舒适度等。
汽车空气动力学的研究涉及到流体力学、热力学、固体力学等多个学科领域，需要运用数值模拟和实验测试等多种研究方法。
汽车空气动力学的定义
01
早期的汽车设计主要依靠经验和试错法，没有充分考虑空气动力学因素。随着流体力学和空气动力学理论的不断发展，人们开始认识到空气动力学对汽车性能的影响。
02
20世纪50年代，随着风洞试验技术的出现和不断完善，汽车空气动力学开始得到广泛研究和应用。各大汽车制造商纷纷建立自己的风洞实验室，进行空气动力学研究和汽车设计优化。
汽车空气动力学性能分析
汽车空气动力学性能分析随着汽车的普及，汽车安全和性能也成为消费者关注的重要问题。
汽车空气动力学性能是指在行驶过程中汽车受到空气阻力的大小和变化规律，它是汽车性能中最基本的一个方面。
了解汽车的空气动力学性能可以帮助我们更好地了解汽车的性能和安全。
一、汽车空气动力学性能的原理汽车在行驶过程中，空气会对汽车产生阻力，这种阻力称为空气阻力。
汽车空气动力学性能的分析就是研究空气阻力的大小和变化规律。
空气阻力的大小与气流的速度、密度、粘性、形状以及流向等因素有关。
汽车在行驶过程中，前方的气流会受到汽车遮挡，产生空气压力，而这种压力会对汽车产生阻力，直接影响汽车的速度、加速度和燃油消耗等方面的性能。
二、汽车空气动力学性能分析的方法有多种方法可以对汽车的空气动力学性能进行分析，其中比较常见的有风洞试验和数值模拟两种方法。
1. 风洞试验风洞试验是通过在实验室中重建汽车行驶时的气流环境，通过测量气流的流速、密度等参数来分析汽车在行驶过程中受到的空气阻力。
风洞试验的优点是可以更精确地模拟汽车行驶时的空气环境，否则就需要在实际路面上进行测试，成本高且不便于控制变量。
2. 数值模拟数值模拟是通过计算机模拟整个汽车行驶过程中的空气动力学过程，从而分析汽车受到的空气阻力。
数值模拟的优点是可以更方便地对不同的因素进行分析，优化设计；缺点是需要消耗大量的计算资源和时间。
三、汽车空气动力学性能的优化汽车制造商可以根据汽车的空气动力学性能分析结果，对汽车的外形进行优化。
经过优化设计，汽车可以减少空气阻力，提高速度和燃油效率。
汽车空气动力学性能对车辆运动性和油耗有重要影响。
为了提高汽车的油耗性能，汽车外观设计不断优化。
1. 减小风阻力减小车身面积、改善车身型线是减小风阻力的常用方法。
如改善W222 S级的车身线条，设计更近似于水滴的外形，通过调整底部的空气入口与排气孔位置和大小，以及调整后行灯的设计，降低了大约14%的风阻。
2. 优化空气流通优化加油口、调整前大灯等与空气流通国界完成的部件也是减小风阻力的有效方法。
汽车底盘设计中的空气动力学原理与应用
汽车底盘设计中的空气动力学原理与应用在汽车设计中，底盘是一个至关重要的部分，它直接影响着汽车的操控性、稳定性以及燃油经济性。
而在底盘设计中，空气动力学原理起着至关重要的作用。
本文将探讨汽车底盘设计中的空气动力学原理及其应用。
一、空气动力学原理空气动力学是研究空气与物体相互作用的科学。
在汽车底盘设计中，空气动力学原理主要体现在气动力和气动噪声两个方面。
1. 气动力气动力是指空气对汽车底盘的压力和阻力。
在高速行驶时，空气会产生较大的压力和阻力，影响汽车的行驶性能。
因此，设计合理的底盘结构能够减小气动力的影响，提高汽车的速度和燃油经济性。
2. 气动噪声气动噪声是由空气相互摩擦和振动所产生的噪音。
底盘的设计不仅要考虑到降低气动力的影响，还要考虑到减小气动噪声的产生。
通过优化底盘的形状和结构可以有效降低气动噪声的水平，提高车辆的乘坐舒适度。
二、空气动力学在底盘设计中的应用在汽车底盘设计中，空气动力学原理被广泛应用，以优化汽车的性能和舒适性。
1. 底盘结构设计通过优化底盘的形状和结构，可以降低汽车在高速行驶时的气动力，提高汽车的稳定性和操控性。
同时，合理设计的底盘结构还可以减小气动噪声的产生，提高车辆的乘坐舒适度。
2. 底盘悬挂设计底盘悬挂系统对汽车的操控性和舒适性有着重要影响。
空气动力学原理可以帮助设计师优化底盘悬挂系统的结构，提高汽车的通过性和舒适性。
通过合理设计底盘悬挂系统，可以有效减小气动力的影响，提高汽车的性能表现。
3. 底盘通风设计在底盘设计中，通风系统的设计也是十分重要的。
通过合理设计底盘通风系统，可以有效降低车辆在高速行驶时的气动力，提高汽车的速度和燃油经济性。
同时，优化通风系统也可以减小气动噪声的产生，提高车辆的乘坐舒适度。
总结在汽车底盘设计中，空气动力学原理是一个不可忽视的因素。
通过充分理解空气动力学原理，并将其应用于底盘设计中，可以提高汽车的性能和舒适性，让驾驶者拥有更好的驾驶体验。
希望本文能够对读者对汽车底盘设计中的空气动力学原理有所启发。
车辆空气动力学
车辆空气动力学
车辆空气动力学是指车辆在行驶过程中，由于空气对车辆表面的影响而产生的力学现象。
在汽车设计中，空气动力学是一个至关重要的领域，它直接影响着汽车的性能、燃油效率和稳定性。
车辆空气动力学在汽车设计中起着至关重要的作用。
通过合理设计车辆外形和流线型，可以降低车辆的气动阻力，提高车辆的燃油效率。
同时，减小气动阻力还可以提高车辆的稳定性和行驶性能，使驾驶更加舒适和安全。
因此，汽车制造商在设计新车型时都会对车辆的空气动力学性能进行深入研究和优化。
空气动力学对汽车性能有着直接影响。
汽车在高速行驶时，空气阻力会变得更加显著，影响车辆的加速性能和最高速度。
通过优化车辆外形和流线型，可以减小气动阻力，提高车辆的动力性能，使汽车更具竞争力。
此外，空气动力学还可以影响汽车的稳定性和操控性，对于高速行驶和紧急制动有着重要作用。
再者，空气动力学还对汽车的燃油效率有着重要影响。
车辆在行驶过程中，空气阻力会消耗部分车辆的动力，导致燃油消耗增加。
通过优化车辆外形和减小气动阻力，可以降低车辆的燃油消耗，提高燃油效率。
这不仅有利于减少能源消耗，还可以降低汽车运行成本，对于环境保护和可持续发展具有重要意义。
总的来说，车辆空气动力学是汽车设计中一个至关重要的领域，它
直接影响着汽车的性能、燃油效率和稳定性。
通过优化车辆外形和流线型，可以降低气动阻力，提高车辆的性能和燃油效率。
汽车制造商在设计新车型时都会对车辆的空气动力学性能进行深入研究和优化，以确保汽车具有更好的性能和经济性。
因此，空气动力学对于汽车行业的发展具有重要意义，也是未来汽车设计的重要方向之一。
汽车空气动力学
重庆大学汽车系汽车空气动力学汽车空气动力学前言车身的空气动力学设计是车身设计的重要内容。
的能量克服空气阻力；的能量克服空气阻力；轿车空气动力性的差异可使空气阻力相差别30%，燃油消耗相差达12%以上。
前言三、空气动力学对汽车性能的影响Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle Land Speed VehicleLand Speed Vehicle前言汽车空气动力学第一章空气动力学基础知识第一章空气动力学基础知识常数），有第二节流体力学基础第二节流体力学基础吹纸条:球浮气流：发动机化油器喉管第二节流体力学基础第一章空气动力学基础知识在无粘性气流中，所受合力为零。
在粘性气流中，所受合力不为零。
第三节空气的粘滞性和气流分离现象的气流先停止流动，进而反向流动，形成涡流区，将继续流动的气流与第三节空气的粘滞性和气流分离现象三、气流分离现象在物体背流面，流束的扩展受到尾流区的限制，使流束截面较比迎流面小，其压力较迎流面低。
而尾流区的压力与相邻流体压力接近。
这就使物体压差阻力”的作用。
只有在逆压梯度条件下才会产生分离。
逆压梯度越大，越易分离。
三、气流分离现象第一章空气动力学基础知识表示为与动压力、迎风面积成正比的形式：是表征汽车空气动力特性的重要指标，它主要取决于汽车外形，也与第一章空气动力学基础知识第五节汽车空气动力与空气动力矩Al Al2汽车空气动力学C d 总值：0.45A—形状阻力(C d =0.262)；B—干扰阻力(C d =0.064)；C—形状阻力(C d =0.053)；D—形状阻力(C d =0.031)；E—形状阻力(C d =0.040)。
车辆空气动力学
车辆空气动力学车辆空气动力学是研究车辆在空气中行驶时所受到的力学现象的学科。
它主要涉及到车辆在高速行驶时所面临的空气阻力、升力以及操纵性等问题。
这些因素对于车辆的燃油经济性、安全性以及性能都有着重要的影响。
一、空气阻力空气阻力是车辆在行驶过程中所要克服的主要力之一。
当车辆行驶在高速情况下，空气分子对车辆运动的阻碍会导致空气阻力的产生。
空气阻力的大小与车辆的形状、车身的前后端流线型以及车速等因素有关。
一般来说，车辆的空气阻力随着速度的增加而增大。
为了减小空气阻力，车辆的外形设计通常会采用流线型的设计，使得空气在车辆表面上的流动更为顺畅。
二、升力除了空气阻力外，车辆行驶中还会受到升力的作用。
升力是指车辆在行驶过程中由于车身产生的气流而受到的上升力。
当车辆的速度较高时，车身底部的气流由于速度较快而产生低压区域，而车顶部的气流则相对较慢，形成高压区域。
这种气流的不对称性会使得车辆产生一个向上的升力。
升力的大小与车辆的速度、车身的形状以及空气的密度等因素有关。
为了减小升力的影响，车辆的设计通常会采用一些辅助性的装置，如扰流板、车顶尾翼等来改善车身的气流分布。
三、操纵性车辆的操纵性也是车辆空气动力学中一个重要的问题。
当车辆行驶时，空气动力学力对车辆的操纵性有着直接的影响。
空气动力学力会改变车辆的稳定性、制动性以及悬挂系统的工作状态。
例如，在高速行驶时，空气动力学力对车辆的稳定性有着重要的影响。
车辆的稳定性是指车辆在行驶过程中保持平衡的能力，这直接关系到行车的安全性。
因此，在车辆设计中，需要考虑空气动力学因素对车辆操纵性的影响，并采取相应的措施来提高车辆的操纵性能。
综上所述，车辆空气动力学是一个重要的学科，它研究了车辆在空气中行驶时所面临的阻力、升力以及操纵性等问题。
这些问题对车辆的性能和安全性有着重要的影响。
因此，在车辆设计和制造过程中，需要充分考虑车辆空气动力学因素，以提高车辆的性能和安全性。
汽车空气动力学原理及其在设计中的应用
汽车空气动力学原理及其在设计中的应用汽车空气动力学是研究汽车在运动过程中与空气之间相互作用的科学。
它涉及到车辆的流体力学、气动设计、空气阻力等方面的知识。
本文将介绍汽车空气动力学的基本原理，并探讨其在汽车设计中的应用。
一、汽车空气动力学的基本原理1. 空气阻力在汽车行驶的过程中，车辆与周围空气之间会产生阻力。
这种阻力随着车速的增加而增大，称为空气阻力。
空气阻力是影响汽车速度和燃油经济性的重要因素。
2. 升力和下压力除了空气阻力，汽车在行驶中还会产生升力和下压力。
升力使得车辆产生抬升的趋势，会影响行车的稳定性。
而下压力则会将车辆压低，增加接触地面的力量，提高操控性和行驶稳定性。
3. 尾流和气流分离车辆在行驶中，空气会沿着车辆表面形成尾流。
尾流的合理设计能够减小空气阻力，并且对后续车辆的性能也有影响。
此外，当车辆速度较高时，空气可能会在车身某些区域分离，导致气动失稳的现象。
二、汽车空气动力学在设计中的应用1. 外形设计汽车的外形设计直接影响空气动力学性能。
合理的外形设计可以降低空气阻力，提高燃油经济性，同时保持较低的风噪和振动。
通过采用流线型车身设计、减小车辆的投影面积和边缘曲率，可以降低空气阻力系数。
2. 风洞试验风洞试验是研究汽车空气动力学性能的重要手段。
通过在风洞中模拟车辆行驶的环境，可以测量空气动力学参数（如空气阻力、升力、下压力等）以及流场分布情况。
这些数据可以用于优化车辆设计，提高行驶稳定性和能效。
3. 尾流管理尾流对后续车辆的影响不容忽视。
通过设计后部扩散器、尾翼等装置，可以减小尾流对后车的阻力影响，提高行车安全性和经济性。
4. 空气动力学仿真借助计算流体力学（CFD）技术，可以进行空气动力学仿真，预测车辆在各种工况下的气动性能。
这种方法可以快速获取车辆的空气动力学特性，辅助设计优化，减少试验成本和时间。
5. 轮胎气动学车辆行驶时，轮胎与路面之间的气流也会对车辆性能产生影响。
通过优化轮胎的花纹和刚度，可以减小轮胎气动噪声，提高车辆的操控性和舒适性。
车辆空气动力学 力和力矩
车辆空气动力学力和力矩摘要：一、车辆空气动力学概述二、车辆空气动力学中的力和力矩1.阻力2.升力3.侧向力4.力矩三、车辆空气动力学在汽车设计中的应用四、优化车辆空气动力学性能的方法五、结论正文：【一、车辆空气动力学概述】车辆空气动力学是研究车辆在空气中运动时，空气对车辆产生的力和力矩的影响的一门科学。
空气动力学在车辆设计和发展中起着至关重要的作用，对于提高车辆性能、降低能耗和减少污染等方面具有重要意义。
【二、车辆空气动力学中的力和力矩】1.阻力阻力是车辆行驶过程中最常见的空气动力学力。
阻力的大小与车辆的速度、形状和表面粗糙度等因素有关。
降低阻力可以提高车辆的燃油效率和行驶速度。
2.升力升力是车辆空气动力学中的另一个重要力。
升力的大小与车辆的形状、尺寸和速度等因素有关。
升力有助于车辆在地面上保持稳定，对于高速行驶和曲线行驶具有重要意义。
3.侧向力侧向力是由于车辆在行驶过程中，空气对其侧面的压力差产生的。
侧向力会影响车辆的操控性能，如稳定性、转向响应等。
4.力矩力矩是由于车辆空气动力学特性产生的力在车辆上的分布不均匀造成的。
力矩会导致车辆产生转动，影响车辆的稳定性和操控性能。
【三、车辆空气动力学在汽车设计中的应用】汽车设计师们在设计过程中，需要充分考虑车辆空气动力学特性，以提高汽车的性能和舒适性。
通过优化车身造型、降低空气阻力、提高升力等手段，实现对车辆空气动力学性能的改善。
【四、优化车辆空气动力学性能的方法】1.优化车身造型：降低车身表面的粗糙度，采用流线型设计，以减小空气阻力。
2.增加车轮负压区：通过设计车轮负压区，提高车轮的气动性能，降低阻力。
3.车身覆盖件设计：采用覆盖件来减小车身间的气流间隙，降低空气阻力。
4.采用空气动力学套件：在车辆的外部增加空气动力学套件，如前唇、侧裙等，以改善车辆的空气动力学性能。
【五、结论】车辆空气动力学在汽车设计和开发中具有重要意义。
通过了解空气动力学原理，设计师们可以有效地降低车辆的阻力和力矩，提高升力，从而提升车辆的性能和舒适性。
汽车空气动力学优秀课件
汽车空气动力学优秀
意大利菲亚特公司 多用风洞试验段
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意大利平宁法里那 公司全尺寸风洞
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(3)、回流型风洞和直流型风洞 通过试验段的气流经循环系统再返回试验段。这种 风洞因其能量可以回收，可使用较小功率的风扇。 而且可使气流的温度。湿度保持不变。但其结构较 复杂。
气流经试验段后不再回来，而是排放到外界称直流风 洞。设备简单，成本低，但需要较大的风扇，且空气 的温度和湿度受外界干扰较大，难以保证不变。有抽 风式和吸风式两种。
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(4)、敞开喷口式、半敞开喷口式、封闭喷口式 试验段被围墙封闭，气流与围墙接触的风洞称为闭 式风洞。试验段局部有围墙，仍存在壁面效应的风 洞称为半敞式。试验段无墙壁风洞称开式风洞，无 壁面效应的影响。
第一章 绪论
§1节 汽车空气动力学的重要性
汽车空气动力学是研究空气流经汽车时的流动规律及 空气与汽车相互作用的一门科学。
作用在汽车上的空气力有三种：空气阻力、升力、 侧向力。作用在汽车上的力矩也有三种：纵倾力矩、 侧向力矩、横摆力矩。这些力和力矩称之为空气动 力六分力。
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作用在汽车上的所有空气力的合力集中点称为空气 动力中心，它与汽车重心并不总是重合。当二者偏 离时，便以此偏距为力臂而形成力矩。
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汽车重心与气动中心
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四、空气阻力与汽车基本尺寸的关系
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车长与阻力的关系：车越长，阻力越小。
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目录前言 (1)汽车空气动力学的研究现状 (2)一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况 (2)二、汽车空气动力学的研究方法 (3)(1)基础理论 (3)(2)风洞试验 (3)(3)数值仿真 (3)(4)CAE技术平台 (6)三、改善汽车空气动力学性能的措施 (7)四、空气动力学的研究前沿 (9)总结 (12)参考文献 (13)前言汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力(称为空气动力)，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。
自从世界上有了第一辆汽车以后，德国就在航空风洞中进行了车身外形实验研究。
后来德国人贾莱·克兰柏勒提出前圆后尖的水滴状最小空气阻力造型设计方案，从而找到了解决形状阻力的途径。
美国人W．Elay于1934年用风洞测量了各种车身模型的空气阻力系数。
法国人J．Andreau则提出了汽车表面压差阻力的概念，并研究了侧风稳定性。
2O世纪40年代，另一位法国人L．Romani对诱导阻力进行了研究。
6O年代初，英国人white通过风洞实验提出了估算空气阻力系数的方法。
到7O年代，汽车空气动力学才真正成为一门独立学科。
我国是在8O年代才较为系统地研究汽车空气动力学的。
目前世界上许多公司都在汽车空气动力学研究方面进行探索与竞争，并且大都实力雄厚、各有建树。
美国几乎各大汽车公司都有自己的飞机制造子公司。
通用有休斯飞机公司，克莱斯勒有湾流公司。
苏联的伏尔加有一个27m²的风洞，最高风速1 20km／h。
法国雷诺已经开展了计算机空气动力学的研究。
西德大众最近也购得CDCgo00型计算机，其目的之一可能就是汽车空气动力学的摸拟。
现在世界上计算空气动力学一流水平当属美国NASA。
NASA在飞行器计算空气动力学方面拥有一流的学术、研究和应用水平,并且在不断更新其巨型机。
许多高超音速空气动力试验无法进行，就用计算机进行摸拟。
我国汽车工业由于近年来开始生产轿车才开始了汽车空气动力学的研究。
当前的主要任务应该是抓住太好时机，建立起我国自已的汽车空气动力学研究，试验、设计的综合系统，争取国家及有关高等院校科研单位的支持，建立相应的开放实验室，争取第一流的专家及广泛的国际交流。
开放实验室主要进行汽车空气动力学的计算机摸拟、外形的空气动力学优化设计及相关的并行软、硬件，计算数学的研究。
其中轿车的空气动力学摸拟与优化必将太大加快新车型的开发速度，以提高产品在世界市场的竞争力，并为我国产品参与世界市场竞争创造一个开放的高水乎研究环境。
在空气动力学的研究、应用的世界范围的角逐中，不断提高水平、提高素质。
汽车空气动力学的研究现状空气动力学特性直接影响汽车的经济性、动力性、操纵稳定性和乘坐舒适性等。
为改进汽车性能，汽车工业界投人大量人力、物力和财力研究汽车内外的空气流动及其相关的各种现象。
风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法，但风洞建设投资大，试验周期长，且存在堵塞效应、地面效应与车轮旋转效应模拟等问题。
仅采用风洞试验和路面测试技术研究汽车空气动力学，已不能满足更快速度开发出更经济、安全、舒适的汽车的需要。
随着计算机和计算技术的迅速发展而蓬勃兴起的数值仿真方法为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。
近年来，汽车空气动力学数值仿真发展迅速，数值仿真在汽车流场研究中的重要性不断增加，应用范围不断扩大。
下面从不同方面阐述汽车空气动力学的发展情况。
一、汽车空气动力学研究的国内外发展情况国外的汽车空气动力学研究可以追朔到本世纪的20-30年代，但直到7O年代以觑，还没有比较完整系统的研究。
此学科在近3O年中得到了较大发展。
7O年代以来，国外陆续发表了汽车空气动力学方面的研究成果、研究报告和专著，研究手段普遍采用航空试验用的风洞对汽车空气动力特性进行研究，研究的重点主要是空气动力的特性以及它们对汽车性能的影响。
国内在这方面的研究起步较晚，尽管也开过专题性的学术会议，但总体上说还处于起步阶段。
从有关学术刊物上看到，有关汽车空气动力学方面的论文很少，也还没有见到国内学者编著有关汽车动力学方面的学术著作或教科书。
也就是说，国内还没有有效地进行汽车空气动力学的研究。
但是，鉴于这项课题研究的经济效益和社会效益，以及我国经济发展的中长期战略，都迫切地需要将这个课题的研究提到议事日程上来。
就国内目前的情况看，无论从人力还是设备上都完全具备研究的条件与实力，关键是要引起国内学者对此项研究的重视以及有关部门的组织与必要的投资，从而有远见地对汽车空气动力学进行先期研究，以适应今后十年乃至更长期国民经济发展的需要，为国家创造较大的经济效益。
二、汽车空气动力学的研究方法(1)基础理论研究空气运动规律的基础是质量守衡、动量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等数学方程组来描述。
然而有关不可压流体特性、流体阻力理论以及汽车绕流特性等基础理论研究还有待深化。
[9](2)风洞试验风洞是利用巨大的风扇，把空气吸入管孔中，再利用整流板及管孔渐小的设计，把吸进的空气加以整流和加速，使之达到所需的风速，然后再送入风洞的试验段中。
在设计和改进汽车时，作出相应的模型或实物，并放入风洞进行空气动力学测试。
国内外大型汽车制造公司不惜耗费巨资建造汽车试验风洞，美国通用汽车公司研制出4 500 kW、叶片直径13．1 m的世界上最大的风洞装置。
风洞或实车道路空气动力学特性试验包括：①通过表面丝带法和网格丝带法测试车身表面流态；②通过烟度发生器实施烟流法测试汽车车身周围流态；③通过荧光添加剂喷雾法和水流模拟法进行流动模拟试验，以及用高速摄影法对雨水和灰尘流动特性进行印证；④通过肥皂泡法、丝带法和烟流法，对发动机室和驾驶室内的气流流态进行试验印证；⑤通过滑石粉法和泥土重量分析法印证泥垢附着状态等。
[9](3)数值仿真汽车空气动力学研究主要有两种方法，一种是进行风洞试验；另一种是利用CFD程序进行数值模拟。
传统的风洞试验结果一般可靠性比较高，但由于它有许多局限性，如风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列油泥模型等，阻碍了它在汽车设计中的应用。
另外，在风洞试验时，我们只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整个流场中任意点的详细信息。
为了观测整车的流场结构，只能依靠一些定性手段，如烟流法、油膜法和丝带法。
要精确研究某些复杂流动现象，如层流向湍流的转变、拖拽涡形成与发展、尾部涡系结构等．测出这些流动的流场参数，测量截面选取很大程度上依靠经验，这样使得精确研究这些复杂流动及其机理变得非常困难。
与风洞试验相反，CFD精度比不上风洞试验，但却几乎克服了它的所有局限性。
CFD是计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)的英文名称的简写。
在过去的十几年中，随着计算机技术的发展，CFD被越来越多的应用到了汽车设计中。
目前，CFD可以分析从层流到湍流、定常到非定常、不可压到可压、无粘到有粘的几乎所有的流动现象。
CAD技术与CFD的结合可以使得新车型的空气动力学设计周期大大缩短。
由于CFD可以方便灵活地改变初始条件、边界条件以及几何边界条件，并且可以获得整个流场任意点处的详细信息，使得研究清楚流动机理变得可行。
对某种车型的空气动力性能优选更加快速有效。
CFD最主要的问题在于精度不如风洞试验，但目前许多大型商业化通用软件已经很好地解决了这一问题。
而某些专用CFD软件在解决某些汽车流场计算时可达到更高精度。
CFD方法是对流场的控制方程用计算数学的算法将其离散到一系列网格节点上求其离散的数值解的一种方法。
计算数学中，将具体的流场控制方程分为3类：椭圆型、抛物型和双曲型方程。
椭圆型方程与时间变量无关，仅与空间变量的：次导数项有关，一般用作描述定常情况的控制方程。
抛物型与双曲型方程不仅与空间变量导数项有关，而且分别与时间变量的一阶和二阶导数项有关，被用作描述非定常情况下的控制方程求解偏微分方程的数值方法主要分为有限差分法、有限元法及有限体积法3种。
它们中的任意一种都可以用来求解偏微分方程，但求解的精度各不相同。
对这3种不同类型方程数学上已经发展出不同的稳定、收敛的算法。
一般对椭圆型方程使用有限元法，对抛物型和双曲型方程则使用有限体积法。
目前流行的大型商业化CFD软件中FLOTRAN是使用有限元法，而CFX、STAR—CD、FLUENT等是使用有限体积法。
数值模拟的一般步骤是：a、建立所研究问题的物理模型，再将其抽象成数学、力学模型。
之后确定要分析的几何形体的空间影响区域。
b、建立整个几何形体与其空间影响区域，即计算区域的CAD 模型，将几何体的外表面和整个计算域进行空问网格削分。
网格的稀疏以及网格单元的形状将会对以后的计算产生很大的影响。
不同的算法格式为保证计算的稳定性和计算效率，一般对网格的要求也不一样。
c、加入求解所需的初始条件，入口与出口处的边界条件一般为速度、压力条件，若分析的问题考虑了湍流则还要给出湍流动能及耗散率的出入口边界条件。
另外还要加入几何壁面的边界条件，一般计算域的边界应加上正常的所处环境的流体参数，而几何形体表面由于粘性效应，则应加上无滑移的边界条件，即速度沿各个方向均为零。
这里要注意在考虑了相对运动和地面效应等之后的边界条件的加法，不要矛盾和重复。
d、选择适当的算法，设定具体的控制求解过程和精度的一些条件，对所需分析的问题进行求解，结果以数据文件保存。
e．选择合适的后处理器(Post Processor)读取计算结果文件，将其以图形化格式反映出来。
观察其结果若与真实情况不符则重复上述步骤直到求得收敛数值解。
在内燃机的设计和开发中，CFD已被作为一种重要而有效的工具加以利用。
内燃机的燃烧过程很大程度上受燃料与空气混合程度的影响，这种混合是一种复杂的瞬态流动。
目前绝大多数CFD商用软件均可以解决此问题，它们均提供有求解多元混合流动的模块，且计算精度均较高。
另外，在汽车室内气候调节、暖气、通风空调系统的设计中也大量使用CFD软件来帮助分析。
在发动机冷却、排气系统的设计中，CFD分析结果也被大量地使用。
在汽车制冷风扇的叶片设计以及液力变矩器、油泵和盘式制动器的冷却系统的设计中也大量地使用了CFD分析结果。
在汽车领域，CFD正成为预测整车外流场和热分布场的有力工具。
它正在被大量应用于日常汽车零部件的设计开发中。
由于风洞试验中取得整个流场任意一点处的流动状况非常难。
在某些情况下，当CFD求解精度足够时，CFD数值模拟可以提供整个计算域上的流场结构特征的详细信息。
只要应用适当，CFD能够显著地减少原型车风洞试验次数和设计成本，缩短开发周期。
在我们使用商业化CFD 软件进行汽车空气动力学数值模拟过程中，国内常见的CFD软件，如CFX 、FLUENT、STAR—CD以及FLOTRAN都可以对汽车外流场进行较精确的模拟。