第六章 汽车的空气动力性能
汽车空气动力学性能研究
汽车空气动力学性能研究第1章引言随着汽车工业的飞速发展，人们对汽车的安全性能要求越来越高，特别是对汽车的空气动力学性能有了更高的要求。
汽车的空气动力学性能直接影响了车辆的稳定性、燃油经济性和行驶舒适性，是汽车设计中不可忽视的重要因素。
本文将主要讨论汽车的空气动力学性能及其相关研究。
第2章汽车空气动力学性能概述汽车的空气动力学性能主要包括气动力、阻力和升力。
气动力是指车辆在行驶时所受到的空气力，包括阻力和升力，阻力是指空气对车辆前进的阻力，而升力则是指空气对车辆垂直升力的作用。
汽车的空气动力学性能是由多种因素共同影响的，包括车身造型、气动系数、车与路面的接触、车辆速度和车辆尺寸等。
汽车的空气动力学性能研究起源于20世纪30年代，随着计算机技术的进步和气动力学实验技术的发展，汽车气动力学研究也逐步深入。
目前，汽车空气动力学研究主要集中在两个方面，一方面是通过计算机模拟来研究汽车在不同速度下的气动力学性能，另一方面是通过实验来验证模拟结果和优化汽车气动设计。
第3章汽车空气动力学性能计算方法现代汽车空气动力学性能计算方法主要包括两种，一种是通过数学模型来计算汽车的气动力学性能，另一种是通过计算流体力学方法来模拟汽车在不同速度下的空气流动情况。
数学模型是指通过数学公式来计算汽车的气动力学性能，该方法主要根据理论计算方法和试验数据来建立数学模型，然后使用数学模型对汽车的气动力学性能进行预测和优化。
数学模型的优点是计算速度快，而且可以在车辆设计的早期阶段进行优化，缺点是无法完全模拟汽车的复杂流态。
计算流体力学方法是一种通过计算机模拟来研究流体力学问题的数值方法。
它通过离散化流体问题来拟合模型，并利用高精度数值算法来求解模型方程。
该方法的优点是能够精确模拟汽车的复杂气动流动情况，得到非常准确的结果，但其缺点是计算时间较长，需要大量的计算资源和高性能计算机。
第4章汽车空气动力学性能实验方法汽车空气动力学性能实验方法主要包括隧道实验和道路试验。
汽车底盘设计中的空气动力学与空气动力性能
汽车底盘设计中的空气动力学与空气动力性能在汽车底盘设计中，空气动力学与空气动力性能是至关重要的因素。
通过对空气流动的研究和分析，可以优化车辆的性能和燃油效率。
因此，厂商们在设计新车型时往往将空气动力学考虑在内。
在汽车底盘设计中，空气动力学扮演着至关重要的角色。
空气动力学是研究空气在运动物体表面上的流动规律的科学。
在汽车行驶时，车辆底盘受到空气的阻力和阻力。
为了减小阻力，提高车辆的性能和燃油效率，设计师需要合理设计底盘结构，优化空气动力性能。
首先，在汽车底盘设计中，需要考虑底盘的平整度和倾斜度。
平整的底盘可以减小底盘和地面之间的空气阻力，提高车辆的行驶稳定性和舒适性。
而倾斜的底盘可以促进空气在车辆下方的流动，降低空气阻力，减小底盘下吸引的气流湍流，从而降低车辆的风阻系数，提高车辆的空气动力性能。
其次，在汽车底盘设计中，需要考虑底盘的造型和空气动力学外形。
通过设计底盘下后悬挂设计，减小下冲力和后升力，提高车辆的稳定性和操控性。
同时，通过在底盘前部设计增压槽和透风孔，可以有效减小车辆前部下压力，提高车辆的抓地力和离地间隙。
此外，在底盘后部设计扰流板和扰流翼，可以提高车辆的空气动力性能，减小气流在车辆尾部的湍流和漩涡，减小车辆的尾阻力，提高车辆的空气动力性能。
最后，在汽车底盘设计中，还需要考虑底盘的整体结构和强度。
通过在底盘结构中设计加强筋和加固板，可以提高车辆的结构强度和刚度，减小车辆在高速行驶时的振动和变形。
同时，在底盘下部设计防砸防碰板，可以有效保护底盘和底盘组件，避免受到外界撞击，提高车辆的安全性和可靠性。
综上所述，在汽车底盘设计中，空气动力学与空气动力性能是至关重要的因素。
通过合理设计底盘结构，优化车辆的空气动力学特性，可以提高车辆的性能和燃油效率，提升车辆的竞争力。
因此，对于汽车制造商和设计师来说，应该重视空气动力学在底盘设计中的作用，不断进行研究和创新，打造出更加优秀的汽车产品。
汽车空气动力学课件
图1.3 车后部分离点灰尘沉积的影响
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1.3车身表面的压力分布
车身表面的涡流
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图1.4 车身表面涡流分布
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1.4 车身整体优化造型概况
从20世纪初叶起，人们一直不懈地努力研究能够减小气 动阻力的乘用车型。这种目标是：寻找一种在接近地面情况 下，在满足机械工程学、人机工程学、操纵稳定性、视野性 等各方面要求的具有最小气动阻力的基本理想外形。
3、车顶部区域：气压再次降为负。这个区域中的低气压迹
象可以在敞篷车车顶蓬布的波动翻腾中看见。
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1.3 车身表面的压力分布
4、后窗玻璃到行李箱盖：由于持续连续的弧线，所以向
下沿着后窗玻璃到行李箱盖上的压力保持较低。正是在这个 区域中气流分离最可能发生。在这个区域的车身轮廓角度和 细节的设计要求密切关注空气动力学。由于压力较低，汽车 两侧气流将吸入这个区域，并促使气流分离。 两侧的气流 被拖入后部的低气压区域，汇合流过汽车顶部气流形成拖在 车尾部的涡流。
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1.3 车身表面的压力分布
1、发动机罩：负压力 。这个区域中的逆向压力梯度趋向于
阻碍边界层气流在这个区域中产生阻力。近年来，发动机罩 线条的细部设计主要着重于避免气流在发动机罩上的分离及 其产生阻力的缺陷。
2、在靠近挡风玻璃和前隔壁板底部附近：气压升高。
这个高气压区域是通风，空调控制系统吸入空气或发动机进 气通道的理想区域。这个区域中的高气压常常伴随着较低的 速度，有助于防止挡风玻璃上的挂水期被气动力所扰乱。
分离区域的大小直接影响空气阻力，同时气流在车辆 后方发生向下弯转的程度对后部的空气升力产生影响。随着 气流向下弯转，由于压力的减小导致车后部产生更多的空气 升力。
第六章汽车的空气动力性能
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
空气的质量和粘性：
牛顿定律
F=ma
空气的质量密度r≈1.22 千克/米3，即1 立方米空气质量约1.22 千克，约为 水的1/800。 空气粘性，它的粘性系数m 为1.8*10-5 牛秒/米2，约为水的1/55。
流场和流线：通常将充满运动流体（液或气体）的一定空间称为流场，并且用 有向线条来形象地表示流场中流体的流动趋向，这些线条称为流线。 过流线任一点的切线方向，即代表流场中该点的流动方向。 流场中线条越密的区域，表示流速越大。各点流速不随时间变化的流场称稳定 流场。为了简化实际问题，若假设流体无粘性，又不可压缩就称为理想流体。
M>１为超音速，
M=1 后，会出现激波，气动特性发生很大变化 M 在1.2-0.8左右为跨音速； M<0.8 为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。 M<0.3 是低速范围，汽车、滑翔伞，以及多种球类运动都属 于这个范围。
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
一、汽车空气动力学的作用及其重要性 汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用 规律以及气动力对汽车各种性能影响的一门学科。 汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影 响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性 和安全性。 设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、 经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力稳定性是 汽车高速、安全行驶的前提条件。 改善驾驶室的内流特性（发动机冷却系空气动力特性 、驾驶室内通风及空调特性），在减阻的同时，提高 发动机、制动器部件的效能，降低空气动力噪声，则 是保障舒适性的前提。
车身结构与设计
第6章 汽车的空气动力性能
三、汽车空气动力学的形成与发展 （1）汽车空气动力学的历史沿革 汽车空气动力学是伴随着人们对汽车的完美艺术造型和卓越的 性能之追求而逐渐形成和发展起来的。 在汽车发明后的最初十几年，车速很低，空气动力学没有真正 提到议事日程。 空气动力学起源于研究道路车辆的气动阻力问题，但在航空航 天领域发展迅速。 最早按照空气动力学观点设计的汽车是1899年比利时人卡米勒 .詹那兹设计的炮弹型汽车。
车载测试中的车辆空气动力学性能测试
车载测试中的车辆空气动力学性能测试在车载测试中，测试车辆的空气动力学性能是一个重要的环节。
通过对车辆在不同速度下的空气流场和阻力系数的测试，可以有效评估车辆的行驶稳定性和燃油经济性。
本文将详细介绍车辆空气动力学性能测试的方法和意义。
一、车辆空气动力学性能的意义车辆空气动力学性能是指车辆在行驶过程中与空气相互作用的情况，其中包括空气的流动、阻力、扰动和升力等特性。
了解和优化车辆的空气动力学性能，对于提高汽车的行驶稳定性、降低燃油消耗、减少风噪以及改善车内舒适性等方面具有重要意义。
二、车辆空气动力学性能测试的方法1. 风洞测试：风洞是一种模拟真实空气流动环境的设备，可以通过控制风洞内的风速、气温等参数，来模拟不同行驶速度下的空气流场。
在风洞中进行车辆空气动力学性能测试，可以提供精确的实验数据和测试结果。
2. 公路测试：在实际道路上进行车辆空气动力学性能测试，可以更好地模拟真实的行驶环境。
通过在不同速度下行驶，在车辆上安装测量设备，可以获取车辆在不同车速下的阻力系数和空气流场分布等数据。
3. 数值模拟：借助计算机仿真软件，对车辆的空气动力学性能进行数值模拟和分析。
通过建立包括车身、轮胎、底盘等部件的三维几何模型，采用流体动力学数值计算方法，可以预测车辆在不同速度下的空气流场和阻力系数。
三、车辆空气动力学性能测试的指标1. 阻力系数：阻力系数是评价车辆空气动力学性能的重要指标之一。
它描述了车辆行驶时由于空气对车辆运动产生的阻碍力。
阻力系数越小，意味着车辆在行驶过程中所受到的空气阻力越小，行驶稳定性和燃油经济性更好。
2. 升力系数：升力系数是指车辆在运动中由于空气流动产生的向上的力。
如果车辆的升力系数过大，可能会导致车辆在高速行驶时不稳定或发生失控的情况。
因此，降低车辆的升力系数对于提高行驶安全性非常重要。
3. 空气流场分布：通过测试，可以获取车辆在不同速度下的空气流场分布情况。
了解车辆不同部位的气流情况，有助于优化车辆的空气动力学设计，改善操控稳定性和减少风噪。
汽车空气动力学特性与气动噪声分析
汽车空气动力学特性与气动噪声分析现代社会中，汽车已经成为了大多数家庭必备的交通工具。
汽车的空气动力学特性以及气动噪声对于车辆性能以及驾乘的舒适度有着重要影响。
本文将从多个方面来分析汽车的空气动力学特性以及气动噪声，并探讨如何改善这些问题。
首先，汽车的空气动力学特性主要包括阻力、升力、稳定性和流线型设计等因素。
阻力是汽车在行驶过程中所受到的空气阻力，它直接影响着汽车的燃油经济性和速度。
为了降低阻力，现代汽车设计中采用了许多手段，比如流线型车身、空气导流板等。
升力是指汽车在高速行驶时，由于车底面积较大而产生的上升力，它会影响车辆的稳定性和操控性能。
稳定性是指汽车行驶过程中的抗侧偏能力，主要由车身重心位置、轮距、车身宽度等因素决定。
流线型设计是为了减少空气对车身的阻力，使得汽车能够更加高效地行驶。
通过对这些因素的优化，可以提升汽车的性能和燃油经济性。
而气动噪声则是汽车行驶过程中产生的噪音，它主要来自于车身和车轮的空气流动。
在高速行驶中，车身与周围空气产生湍流现象，这会带来较大的噪音。
同时，车轮旋转也会产生噪音。
在设计车辆时，可以采取一些措施来减少气动噪声的产生。
首先是降低空气流动的湍流，可以通过改变车身造型，增加车身间隙等方式来实现。
其次是减少轮胎与地面的摩擦，可以采用低噪声轮胎或者改善路面状况来达到目的。
此外，合理的车轮悬挂系统也可以减少车轮噪音的传递。
除了上述空气动力学特性和气动噪声的分析，还有其他一些因素也会对汽车性能产生影响。
例如，风挡玻璃的倾角以及车窗的开启情况都会对车内的空气流动产生影响。
汽车内部的空气层流与流场分布也是需要考虑的因素之一。
这些因素的合理设计可以改善驾乘的舒适度，并提高车辆的稳定性。
综上所述，汽车的空气动力学特性以及气动噪声分析是汽车设计中非常重要的一环。
通过合理的设计和优化，可以提高汽车的性能、燃油经济性以及驾乘的舒适度。
未来随着科技的进步，对于汽车空气动力学特性和气动噪声的研究将更加深入，我们有理由期待汽车的未来将变得更加安静、高效和舒适。
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
10.20(3-4)6.3空气的粘滞现象
失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。
由伯努利方程可以看出，流速高处压力低，流速低处压力高p+ρgh+(1/2)*ρv^2=c方程简化为p+(1/2)*ρv ^2=常量(p0)层流和紊流：当流体流经物体表面，流线很平顺时，各层之间层次分明，互不影响，我们称这种流动为层流。
若因流体的粘性或物体表面粗糙，流线会逐渐出现小的扰动，尽管平均流速仍未受影响，但看起来流线在跳动，层次不分明。
这种流动称为紊流。
影响因素：流体质量密度r，粘性系数m，流速V，流经的距离L物体表面的粗糙度等。
高速流和低速流马赫通常用M 数来划分。
若定义流速V 与大气中声音的传播速度a之比为M 数，则M=V/a。
M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M=1 后，会出现激波，气动特性发生很大变化M 在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8 为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。
M<0.3 是低速范围，汽车、滑翔伞，以及多种球类运动都属于这个范围。
一、汽车空气动力学的作用及其重要性汽车空气动力学是研究汽车与空气运动之间相互作用规律以及气动力对汽车各种性能影响的一门学科。
汽车空气动力特性是汽车的重要特性之一，它直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性。
设计空气动力特性良好的汽车，是提高汽车动力性、经济性的重要途径，而高速汽车的空气动力稳定性是汽车高速、安全行驶的前提条件。
改善驾驶室的内流特性（发动机冷却系空气动力特性、驾驶室内通风及空调特性），在减阻的同时，提高发动机、制动器部件的效能，降低空气动力噪声，则是保障舒适性的前提。
汽车空气动力特性对操控稳定性的影响（1）升力与纵倾力矩（2）侧向力与横摆力矩（3）侧倾力矩风洞试验和计算机模拟技术2009年9月19日，斥资4.9亿元建造的中国国内第一个“汽车风洞”——上海地面交通工具风洞中心在同济大学嘉定校区正式落成启用，填补了中国国内汽车研发设计领域多个空白。
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。
汽车空气动力学性能
汽车空气动力学性能汽车空气动力学性能是指汽车在行驶过程中受到的空气阻力以及与空气的相互作用情况。
空气动力学性能是影响汽车性能和燃油经济性的重要因素之一。
本文将从车身外形设计、空气阻力、升力和操控性等方面介绍汽车空气动力学性能。
一、车身外形设计汽车的外形设计不仅仅是为了美观，更重要的是为了优化空气动力学性能。
流线型的车身外形可以减小空气的阻力，降低风阻系数。
例如，车顶的设计可以向后倾斜，减小车顶面积，降低风阻。
车尾的设计也非常重要，尾部的斜度和棱角的圆润程度可以减小尾流的湍流和阻力。
在车身侧面，设计凹槽或翼子板可以改善气流分离，降低气流阻力。
二、空气阻力空气阻力是指汽车在行驶过程中由于与空气相互作用而产生的阻力。
空气阻力对车辆行驶的速度和燃油经济性有着直接的影响。
减小空气阻力可以提高汽车的速度和燃油经济性。
降低空气阻力的方法有多种，例如减小车身的风阻面积、改进车身外形设计、减小车身间隙等。
三、升力升力是指在汽车行驶过程中由于车身与空气的相互作用而产生的上升力。
升力会影响到汽车行驶的稳定性和操控性。
对于常规轿车来说，需要尽量减小升力，保持车身的稳定性。
而在一些高性能赛车中，通过合理利用升力，可以提高车辆的抓地力和操控性。
四、操控性汽车空气动力学性能对操控性也有一定的影响。
在高速行驶中，空气动力学性能会影响到车辆的稳定性和操纵性能。
较好的空气动力学性能可以提高汽车在高速行驶中的稳定性，减小侧风对车辆的影响，提高操纵性能和驾驶舒适度。
总结：汽车空气动力学性能对汽车的性能和燃油经济性有着重要的影响。
通过优化车身外形设计、减小空气阻力、控制升力以及提高操控性能，可以进一步提高汽车的性能和燃油经济性。
随着技术的不断进步和创新，汽车空气动力学性能得到了不断的改进和提高，为驾驶者提供更好的行驶体验。
未来，随着对环保和能源消耗的要求越来越高，汽车空气动力学性能将成为汽车设计的重要方向之一。
第六章 汽车的空气动力性能
•
•
空气静压力的合力为空气动力，其三个分力分别为： 空气阻力(Drag)Ｄ、空气升力(Lift)Ｌ、空气侧向力(Side Force)Ｓ。 将空气动力平移至汽车质心Cg，就有一附加力矩，其三个分力矩分别为： 侧倾力矩(Rolling Moment) MX、俯仰力矩(Pitching Moment) MY、横 摆力矩(Yow Moment) MZ。
重视人体工 程学，内部空 间大，乘坐舒 适 空气阻力大， 妨碍了汽车前 进的速度，
越呈流线型汽 车的正面阻力和 后面涡流越小 乘员活动空间 狭小 对横风的不稳 定性
汽车车室置 于两轴之间 解决了对横 风不稳定的问 题 车的尾部过 长，为阶梯状， 高速行驶时会 产生较强的空 气涡流，影响 了车速的提高
• 车身后背形状与空气阻力
• 截尾式 • 两厢式与三厢式 • 行李箱高度
3.3 诱导阻力(induced drag)
在侧面由下向上的气流形成的涡流(vortice)的作用下，车顶上面 的气流在后背向下偏转，使产生的实际升力有一向后的水平分力，这个 分力就是诱导阻力。 。
车重
1 2
Vmax
Fmax Gf 1 A(CD 2CL f ) 2
分析：当车重及其他因素不变，一定的 最大驱动力时，汽车的最大速度取决于 气动阻力系数和气动升力系数。由于气 动升力系数涉及到汽车的稳定性，在此 不讨论。 可见：减小气动阻力系数可提高最大速 度。
Cx
Fx
CMz
Mz 1 2 vr AL 2
3.空气阻力
3.1 空气阻力的分类及影响的相关因素
• • • • •
形状阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 内部阻力(Internal Flow Drag) 诱导阻力(Induced Drag) 摩擦阻力(Skin Friction)
燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能
燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能随着全球对环境保护的日益重视，新能源车逐渐崭露头角。
与传统的燃油车相比，新能源车在减少污染和节能方面具有巨大优势。
然而，车辆的空气动力学性能对于汽车的燃油效率、操控性和舒适性等方面都起着重要的作用。
本文将比较燃油车和新能源车的车辆空气动力学性能，以探究它们在这方面是否有差异。
一、空气阻力系数空气阻力系数是衡量车辆空气动力学性能的重要指标之一。
它描述了车辆在运行过程中遭遇空气阻碍的程度。
对于高空气阻力系数的车辆来说，它们需要更大的马力才能保持正常的速度。
研究表明，燃油车由于其较大的车体和冷却系统，通常具有较高的空气阻力系数。
而新能源车，如电动车，由于其简化的设计和较小的车身尺寸，往往具有较低的空气阻力系数。
这使得新能源车在高速行驶中所需的能量更小，从而提高了燃油效率。
二、气动外型气动外型是指车辆外形与空气流动之间的关系。
它直接影响着车辆受到的空气力和空气噪音的大小。
燃油车在设计过程中通常更加注重车身的美观性，因此可能会存在一些不利于空气流动的设计元素，如尾翼、镀铬饰条等。
相反，新能源车更注重减少空气阻力，因此通常采用更加流线型的设计，如圆滑的车体线条和平整的底部。
这有助于降低车辆的气动阻力，提高燃油效率和操控性能。
三、底盘设计底盘设计是影响车辆空气动力学性能的关键因素之一。
研究表明，燃油车的底部往往存在较多的空气流动阻碍物，如油箱和排气管等。
这些元素会干扰空气的流动，产生涡流和气流剥离现象，增加了车辆的气动阻力。
而新能源车通常采用集成式底盘设计，将动力系统与底盘一体化，减少了空气阻力，提高了空气动力学性能。
此外，新能源车还可以利用底盘来激活流体力学效应，如下压力和气流引导，以提高行驶稳定性和操控性。
四、冷却系统冷却系统对于车辆的空气动力学性能有重要影响。
燃油车的冷却系统通常较为复杂，包括水箱、散热器和冷风道等元素。
这些元素会在车辆行驶中产生阻力，降低空气动力学性能。
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。
汽车动力系统的空气动力学特性研究
汽车动力系统的空气动力学特性研究近年来，随着汽车产业的迅猛发展，汽车动力系统的研究也变得越来越重要。
汽车的动力系统可以说是驱动整车行驶的核心，而其中的空气动力学特性更是至关重要的一环。
通过研究汽车动力系统的空气动力学特性，可以提高汽车性能，并为汽车设计和制造提供重要的依据。
一、空气动力学原理在进行汽车动力系统的空气动力学研究之前，我们首先需要了解空气动力学的基本原理。
空气动力学是研究气体在运动过程中所产生的各种力学力的学科，其中涉及了气体的流动、气动力的产生以及与流体的相互作用等内容。
在汽车动力系统中，主要是通过车身与空气之间的相互作用来产生动力，因此研究汽车在行驶中的空气动力学特性对于汽车的性能提升具有重要意义。
二、空气动力学特性对汽车性能的影响汽车动力系统的空气动力学特性对于汽车性能有着重要的影响。
首先，研究汽车在高速行驶时的空气动力学特性，可以帮助我们更好地理解汽车的空气阻力、升力和侧向力等问题。
通过减小汽车与空气之间的阻力，可以提高汽车行驶的速度和燃油效率，从而降低汽车的油耗。
另外，研究汽车的空气动力学特性还可以提高汽车的稳定性和操控性能。
当汽车行驶速度较高时，空气的流动对于汽车的稳定性有着重要的影响。
通过对汽车车身形状和气流分布的优化，可以减小汽车在高速行驶时产生的升力和侧向力，从而提高汽车的操控性和稳定性。
此外，研究汽车动力系统的空气动力学特性还可以改善汽车的冷却效果。
在汽车行驶过程中，引擎和制动系统等部件会产生大量的热量，如果不能及时散热，就容易导致汽车发动机过热等问题。
通过研究汽车的空气动力学特性，可以优化汽车的散热器布置和气流导向，提高汽车的冷却效果，从而保证汽车的正常工作和寿命。
三、汽车动力系统的空气动力学特性研究方法在研究汽车动力系统的空气动力学特性时，我们可以运用多种方法进行实验与模拟。
其中，风洞实验是一种常用的研究方法。
通过在风洞中模拟汽车在不同速度下的行驶情况，可以观察汽车与空气之间相互作用的过程，并测量空气动力学特性的相关参数。
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。
汽车空气动力学性能分析及其优化设计
汽车空气动力学性能分析及其优化设计随着科技的进步和技术的不断提升，汽车已经成为了人们生活中不可或缺的出行工具，但是在经过长时间的发展之后，汽车行业面临的一个难题便是如何提高汽车的能源利用效率，降低空气污染，这就需要对汽车空气动力学性能进行深入分析和优化设计。
一、汽车空气动力学的基本概念汽车空气动力学是指汽车与周围空气流动间的相互作用关系，它包括了空气力学、风洞试验和CFD等多个领域。
其中，空气力学是汽车空气动力学的基础，它研究的是空气对物体的运动产生的力，主要分为气动力和气动阻力。
气动力是指空气流动时产生的动力效应，它是车辆进行转向和制动的必要条件；气动阻力是指空气对车辆行驶的阻碍力，它与车速平方成正比。
二、汽车空气动力学性能分析汽车空气动力学性能分析是汽车生产中非常重要的一环，它对于汽车气动设计优化、降低车辆气动阻力、降低燃油消耗和减少尾气排放等方面都有很大的作用。
下面将从车身气动学、底盘气动学和轮胎气动学三个方面对汽车空气动力学性能进行分析。
1.车身气动学车身气动学包括车身抗风能力和车身气动阻力两个方面，前者通常用车身抗风系数描述，后者用气动阻力系数描述。
在车身抗风能力方面，改变车身造型是最为常见的措施。
例如加高发动机盖，将空气流导向前部，采用空气动力学折线细节等。
这些手段可以在一定程度上改善车身抗风性能。
在车身气动阻力方面，车身形状、车身外面积和底部的气流状态是影响气动阻力的主要因素。
通过改变车身底部形状可以改善底部气流状态；通过减小车外包面积降低气动阻力。
2.底盘气动学车辆底盘的气动学性能主要影响车辆的发动机散热和制动器的制动效果。
在发动机冷却方面，如果底盘的气流状态不好，发动机的冷却效果也不好。
因此，汽车生产企业通常会在底盘排气口和底盘前部采取一些措施，将空气流导向发动机。
在制动器性能方面，底盘的气流状态对制动器散热的影响很大。
如果制动器散热不好，会导致制动器失效，从而影响车辆的安全性能。
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
汽车空气动力学优秀
意大利平宁法里那 公司全尺寸风洞
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学优秀
(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。
汽车空气动力学优秀
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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。
汽车空气动力学优秀
z y
x
汽车空气动力学优秀
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
汽车空气动力学优秀
车长与阻力的关系：车越长，阻力越小。
汽车空气动力学优秀
汽车空气动力学重点
汽车空气动力学重点第一章绪论1. 空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算2. 汽车流场包括和内部流场车身外部流场3. 气动阻力增加，加速能力下降。
当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零4. 消耗于气动阻力的功率TD A C P ηρ23a u =，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比5. 汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。
2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方6. 汽车空气动力学发展的历史阶段答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。
③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。
（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化第二章汽车空气动力学概述7. 气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力。
作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。
2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性8. 侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中，横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。
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Cx
Fx
CMz
Mz 1 2 vr AL 2
3.空气阻力
3.1 空气阻力的分类及影响的相关因素
• • • • •
形状阻力(Form Drag) 干扰阻力(Interference Drag) 内部阻力(Internal Flow Drag) 诱导阻力(Induced Drag) 摩擦阻力(Skin Friction)
V 2
空气动力矩的表达式
俯仰力矩 令 则
M Y LX C DZC (CL X C Cd ZC )
V 2
2
A
CL X C Cd ZC lCMY
M Y C MY
V 2
2
Al
一般取汽车的轴距作为特征长度l 。 类似地，侧倾力矩MX、横摆力矩MZ也表示为
M X C MX
顺压梯度和逆压梯度
• 顺压梯度：顺流动方向压力降低。（流速↑，压力↓） 逆压梯度：顺流动方向压力升高。（流速↓，压力↑） • 轿车的横截面积分布和气流压力梯度
气流分离现象(flow separation)
当气流越过物面的最高点后，气流流束扩大、流速减小，具有逆 压梯度。气体是顶着压力的增高流动。在因粘滞损失而使能量较低的附 面层内，流动尤为困难。 P 在物面法向速度梯度为零( Y Y=0 =0 )时，气流开始分离。靠近物面 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 物面隔开。
连续性方程
对于定常流动，流过流束任一截面的流量彼此相等，即 ρ1V1A1= ρ2V2A2 = · · · · · · =常数 对于不可压缩流体（ρ1= ρ2 = · · · · · · =常数），有 V1A1= V2A2 = · · · · · · =常数 • 连续性方程是质量守恒定律在流体力学中 的表现形式。 • 汽车周围的空气压力变化不大，可近似认 为空气密度不变。
•
•
对燃油经济性的影响
对于CdA=0.8m2的轿车， v=65km/h时，55%的能量克服空气阻力； v=90km/h时，70%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。
•
对安全性的影响
• 高速时的加速性能影响行车的安全； • 空气升力影响汽车操纵稳定性和制动性； • 空气动力稳定性影响汽车的操纵稳定性。
2、汽动阻力与汽车加速度
汽车传动系效率
3600T dv dPt dt dt Gf 3 AC v 2 D a 2
发动机功率随时间的变化率
分析：当车重及其他因素不变，一定的传动效率时， 汽车的加速度取决于气动阻力系数。 可见：减小气动阻力系数可增加汽车的加速度。当气 动阻力增加，会使加速能力下降。若
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—内部阻力(Cd=0.053)； D—诱导阻力(Cd=0.031)； E—形状阻力(Cd=0.040)。
空气作用于车身的向后纵向分力称为气动阻力。
与车速平方成正比
与车身形状有很大关系 升力在水平方向上的分力 由于空气具有粘性，在流经 车身表面对空气质点与车身 表面的摩擦力在逆行驶方向 的分力 车身表面突起物造成的阻 力 为了发动机冷却和乘坐舱 内换气而引起空气气流通 过车身内部构造所产生的 阻力
2.汽车空气动力与空气动力矩
汽车空气作用的六分力与汽车运动状态的关系，主要靠模型或实车的 风洞试验求得。 坐标系 风压中心
（C.P——Center of 横摆力矩 air presure） 空气动力的合力 作用点，位于汽 车对称平面内， 不一定与重心 重合 侧倾力矩 所有的空气动力向坐标原点化简，即产生三个分力和绕x,y,z三个坐标轴 的力矩
M Z C MZ
V 2
2
Al
Al
V 2
2
空气动力的各分力的数值都与动压力和迎风的汽车正投影面积成正比， 其比例系数称为空气动力系数(风阻系数)
气动阻力 Drag 侧向力 Side force 升力 Lift 侧倾力矩 Rolling moment 俯仰力矩 Pitching moment 横摆力矩 Yawing moment
• 车身后背形状与空气阻力
• 截尾式 • 两厢式与三厢式 • 行李箱高度
3.3 诱导阻力(induced drag)
在侧面由下向上的气流形成的涡流(vortice)的作用下，车顶上面 的气流在后背向下偏转，使产生的实际升力有一向后的水平分力，这个 分力就是诱导阻力。 。
由图可知，当车速为（60－80）km/h 时气动阻力 与滚动阻力相当；当车速为160 km/h 后，气动阻 力是滚动阻力的 2－3倍。
气动阻力
空气阻力所耗功率 克服气动阻力所需的功率来源于发动机，发动机 所做的功有相当大一部分用来克服气动阻力。不 同的车形、不同的速度所耗功率不等。耗功与速 度3次方正比。
伯努利方程
对于不可压缩流体，有： mgz+mp/ρ+mV2/2=常数 即流体的重力势能、 压力势能、动能之和为一常数。 当气体流速不太高时，密度ρ可视为不变，且气体的重力很小，则 p/ρ+V2/2=常数 或 p+ρV2/2=常数 即静压力与“动压力” 之和为一常数。 • 伯努利方程是能量守恒定律在流体力学中的表现形式。 • 流速越大，动压力越大，压力（静压力）越小。
1 1 N 5 CD Av3 2
空气阻力与燃料消耗量 不同的车形、不同的速度每百公里所耗油不等。小型 车用于克服气动阻力每百公里所耗油量占总耗油量的 50％左右，比例最大，故减小气动阻力可使每百公里 耗油量下降。
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
Fx
Fy
Fz
Mx
My
Mz
Fy My Mx Fz Cz CMx C C y My ——空气密度， v1 气流相对汽车速度 1 2 1 2 1 2 1 2 r—— vr A vr A vr AL vr2 A vr AL 2 2 汽车特征长度单位 2 2 2 A—— 汽车正投影面积， L——
汽车空气阻力对汽车的影响主要有两个方面： 1、汽车动力性：
汽车的最高车速、加速时间、最大爬坡度
2、汽车经济性
气动阻力与总阻力的比、气动阻力所耗功率、气动阻 力与燃料消耗量
汽车空气阻力对动力性的影响 汽车的最高车速、加速时间、最大爬坡度是评价汽 车动力性的主要指标。 1、汽动阻力与最大速度 汽车在水平路面上等速行使，其最大车速可表示为：
侧向力
•
•
空气静压力的合力为空气动力，其三个分力分别为： 空气阻力(Drag)Ｄ、空气升力(Lift)Ｌ、空气侧向力(Side Force)Ｓ。 将空气动力平移至汽车质心Cg，就有一附加力矩，其三个分力矩分别为： 侧倾力矩(Rolling Moment) MX、俯仰力矩(Pitching Moment) MY、横 摆力矩(Yow Moment) MZ。
e e
•
尾流区 在分离点后，是一不规则流动的 涡流区，总体上是静止不动的“死水 区”。物体向前运动时，它随之运动， 故称“尾流”。 尾流区内各点压力几乎相等，与 分离点处压力相同。
•
压差阻力(pressure drag ) 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 在主气流方向上受到一个称为“压差阻力”的作用。 影响气流分离的因素 • 压力梯度 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。 • 流态 紊流可使主气流中的能量更多地传递到附面层，比层流更不易分离。
空气动力的表达式
空气阻力Ｄ与气流速度的平方V2成正比，与汽车迎风面积Ａ成正比。常 表示为与动压力、迎风面积成正比的形式： V 2 D Cd A 2 式中，空气阻力系数Cd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。 空气升力Ｌ、空气侧向力Ｓ表示为
A 2 V 2 S CY A 2 L CL
• 几种典型的车身后背型式
• • • •
直背式(Fast back)：后背倾角＜20°； 舱背式(Hatch back)：后背倾角20°～50°； 方背式(Square back)：后背倾角＞50°； 折背式(Notch back)。
• 后背倾角与空气阻力
• • • • 分离点在后端时，后背倾角增大，尾流区减小； 分离点在后背上时，后背倾角增大，尾流区增大。 有一空气阻力最小的最佳后背倾角。 后背长度越大，空气阻力越小。
•
•
•
•
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)）。
文丘里效应(Venture Effect)：
流体经过狭窄通道时压力减小的现象。
同向行舟: 热水淋浴器:
发动机化油器喉管
吹纸条:
球浮气流：
1.2 空气的粘滞性和气流分离现象
附面层(boundary layer)
由于流体的粘性，靠近物面处的流体有粘附在物面的趋势，于是有一 流速较低的区域，即为附面层。 • 附面层随流程的增加而增厚。 • 附面层的流态由层流转变为紊流。
重视人体工 程学，内部空 间大，乘坐舒 适 空气阻力大， 妨碍了汽车前 进的速度，