《汽車中空氣動力學(xué)》PPT課件.ppt

汽車中的空氣動力學(xué),更新時(shí)間：2013-11-27,資訊： 解析汽車空氣動力學(xué) 空氣動力學(xué)在汽車改裝中 改善汽車空氣動力學(xué) 汽車上的空氣動力學(xué) 車身造型中的大學(xué)問汽車風(fēng)阻 微型攝像頭取代后視鏡,問答： 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%75%。 汽車行駛時(shí)，如何避免浮升力的作用？ 對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車身。至于車尾部分，其課題主要是如何令氣流順暢的流過車身，車尾的氣流也要盡量保持整齊。,汽車上加裝擾流板為何能減少尾部升力? 利用擾流板的傾斜度，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非常小。 擾流板都有哪些類型？ 按材質(zhì)來分，目前市場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)校方式分為手動和自動兩種，其中自動調(diào)校型多了液壓立柱，可根據(jù)車速自動調(diào)整擾流板的角度。一般建議消費(fèi)者選擇手動調(diào)校型的，液壓自動調(diào)校型的不僅價(jià)格較貴，而且不如手動型操作方便,Cd值指的是什么？如何理解？ 人們普遍對Cd值存在一些誤解。在許多車廠的產(chǎn)品介紹書中，常常會提及新車的風(fēng)阻系數(shù)降低至多少多少Cd，而Cd所指的并不簡單是指我們一般所說的空氣阻力，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越小，相對而言，車輛行走時(shí)的阻力會低一點(diǎn)，后輪的下壓力也會好一點(diǎn)。說到這里我們就應(yīng)該明白，加裝尾翼并不一定會增加Cd值！如果加裝尾翼和尾擾流器后，車輛尾部氣流通過的流暢度增高，那么這輛車的Cd值反而應(yīng)該降低。汽車設(shè)計(jì)的空氣動力學(xué)問題并不止于車尾，其實(shí)車頭的長度和寬度也會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，而如果加寬前輪距來橫置擺放引擎，車頭部分就會隨著加寬，以上兩種情況都會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)車頭部分增加的長度和寬度所帶來的整體氣流拉力數(shù)值的上升，這樣一來等于完全抵消了Cd下降的效果。 比如老款的Accord，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和懸掛設(shè)定的改進(jìn)，空氣動力學(xué)的成就反而是次要的。因?yàn)槊裼密嚨目諝鈩恿W(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)必然會對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力學(xué)表現(xiàn)！其實(shí)充其量它只不過改善了空氣動力學(xué)中某個(gè)部分的表現(xiàn)而已。,擾流板是否越大越好？ 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。,在空氣動力學(xué)中什么是地面效應(yīng)？ 嚴(yán)格來講，地面效應(yīng)的概念只適用于在高速空氣動力學(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 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獲得更優(yōu)質(zhì)的升力，來提升機(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工程師通過特別設(shè)計(jì)的底盤（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。 ,空氣動力學(xué)中常見的效應(yīng)有哪些？ 想請教一下空氣動力學(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弧過渡，盡量減少突出車身的附件，前臉、發(fā)動機(jī)艙蓋、前擋風(fēng)玻璃適當(dāng)向后傾斜，后窗、后頂蓋的長度、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沉積。,風(fēng)阻對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)的阻力大致來自前方，除非側(cè)面風(fēng)速特別大。不然不會對車輛產(chǎn)生太大影響，就算有，也可通過方向盤來修正。風(fēng)阻對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，說明它受空氣阻力影響越小，反之亦然，因此說風(fēng)阻系數(shù)越小越好。 一般來講，我們在馬路上看到的大多數(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，因此降低空氣阻力系數(shù)，對于降低汽車的燃料消耗，有重要的實(shí)際意義。根據(jù)測試，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?,在處理高速空氣動力學(xué)問題時(shí)，采用哪種耦合求解器效果更好？為什么？ 高速空氣動力學(xué)問題也屬于可壓縮流動的范圍，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前主要用于不可壓縮流動和微可壓縮流動，而基于密度的求解器用于高速可壓縮流動?，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，但總的來講，當(dāng)計(jì)算高速可壓縮流動時(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，因此，在使用Fluent計(jì)算高速可壓縮流動時(shí)，從理論上來講使用Density-based求解器應(yīng)該會更合適。 也許有很多人對于Pressure-based和Density-based求解器的原理的認(rèn)識還不夠深，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，速度場都是由動量方程所控制，差別在壓力場的確定方法上，密度法是通過連續(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，作一定修正后，也可用于低馬赫數(shù)流動，而這一流動已被看做不可壓縮流，但此時(shí)精度及魯棒性都有所降低，對于湍流甚至?xí)ビ行浴Ｃ芏确ǖ娜觞c(diǎn)正好是壓力法的長處，壓力法是通過壓力方程或壓力修正方程來獲得壓力場，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發(fā)展起來的，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)勢是便于補(bǔ)充方程而無需修改算法程序。 ,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，可能會在一定程度上減少了外部氣流對汽車的阻力，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,文庫： 車輛間距對于典型汽車空氣動力性能的影響（The effect of vehicle spacing on the aerodynamics of a representative car shape）.pdf CFD模擬道路測量環(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. 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