汽车空气动力学第8章 汽车空气动力学试验
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。
汽车空气动力学-实验指导书
XXX学院实验指导书课程编号：1215146016课程名称：汽车空气动力学实验学时： 4适用专业：车辆工程专业制定人：朱思琦制（修）订时间：2019年7月专业负责人审核：贾爱芹专业建设工作组审核：2019年 7月实验纪律要求1. 遵守实验室规章制度，未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备，保持室内安静。
2．注意人身安全和教具完好。
3. 实验课前，必须认真预习实验指导书。
明确实验目的、原理、步骤以及应注意事项。
4. 学生分组实训前应认真检查本组仪器、设备及元器件状况，若发现缺损或异常现象，应立即报告指导教师或实训室管理人员处理。
5.学生要分组完成实验和独立完成实验报告。
实验时要胆大心细，认真观察与记录，分析结果，处理数据，按时保质保量地完成实验任务。
6.实验完毕，经实验教师允许后，方可离开实验场地，务必保持实验室整洁。
7.违反实验室规章制度和操作规程，擅自动用与本实验无关的仪器设备，私自拆卸仪器造成事故和损失者，必须写出书面检查，并根据情节严重按有关规定处理。
一、教学目的与基本要求《汽车空气动力学》为车辆工程专业的一门专业选修课。
其主要任务提高学生对汽车空气动力学应用的认识，并简单掌握CFD软件的应用。
《汽车空气动力学实验》是本课程的实践环节和重要组成部分，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加深学生对于有关风洞和风洞试验的基础知识的理解，初步掌握汽车空气动力学数值计算这项汽车空气动力学研究的重要研究手段，培养和训练学生分析问题、解决问题的能力，培养和训练学生的实践动手能力，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力。
1．任课教师要指导学生进行实验准备、实验操作到撰写实验报告独立完成；2. 要求学生进一步掌握汽车空气动力学基本理论知识，了解汽车风洞试验的重要性，了解风洞构造及其分类，掌握汽车风洞试验的主要试验内容。
3．要求学生能够了解在车辆的运行过程中，空气动力学是十分重要的，而空气动力学数值计算的可视化处理是广泛存在的且非常有效的计算手段。
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 教学课件 傅立敏 第八章 汽车空气动力学数值计算
（8-52）
（8-53）
（8-54）
（8-55）
1.不可压流非线性方程的解
图8-8 各种时间步长后，在车尾下底边处，涡的边缘和剪切层上卷的发展 a)5个时间步长 b)10个时间步长 c)15个时间步长
2.可压流欧拉方程的解
图8-9 CFD结果与试验结果的比较
2.可压流欧拉方程的解
图8-10 二维欧拉方程解的一例
第五节 N—S方程的解法
图8-23 车身周围的压力分布
第五节 N—S方程的解法
图8-24 地板下部的流速矢量
第六节
结
束
语
本章介绍的许多数值计算方法，在航空工业领域已是常规的设计工具，而 到目前为止，还没有一种计算方法能对汽车的真实绕流进行既定性又定量 的描述。其原因之一是汽车的设计和使用都没有像航空界那样对CFD有迫
（8-36）
用ϕ、ϕ0和ϕp分别表示结果流动、原始流动和干扰流动的势，上述 两个边界条件可表示为
（8-37）
五、涡格法
图8-5 涡格法 a)涡流网格表面分割 b)分离表面的马蹄涡的排列
五、涡格法
（8-38）
（8-39）
（8-40）
五、涡格法
图8-6 沿轿车上表面中心线的压力分布
六、面元法
图8-7 用面元法进行汽车模型数值模拟的基本特征
KQ4
主编
第八章
第一节 第二节 第三节
汽车空气动力学数值计算
空气动力学数值计算概述 CFD在汽车空气动力学中的应用 非粘性流方法
第四节 第五节 第六节
N—S方程的简化 N—S方程的解法 结 束 语
第一节
空气动力学数值计算概述
一、空气动力学的研究方法 二、CFD的一般方法 三、计算流体力学的发展过程
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
(3-13)
可以看出，当Ftmax和G一定时，减小气动 阻力系数CX使最高车速Vamax提高，或提高升 力系数CZ可以使最大车速提高。但应注意到 提高汽车的升力会影响到汽车的稳定性，所 以不能通过提高CZ来提高Vamax。
3.3.4
气动阻力对加速度的影响
加速性能是汽车的动力性指标之一，因 此我们需要研究气动阻力对汽车加速度的影 响。为简单起见，我们可以利用式（3-11） 来研究这一问题。如对此式两边求时间t的导 数并加以整理，即可得汽车加速度：
气动阻力系数是一个无量纲数，它代表了气动 阻力与气流能量之比。对于其它气动力系数也 类似，对于气动力矩系，上式应除以一个特征 长度单位，使其成为无因次量，例如侧倾力矩 系数CMx MX CMX (3-2) 1 Vr2 AL 2 式中，L为汽车特征长度（如轴距L）。
表3-1给出了六分力的名称及系数公式。
由于空气的粘性作用，使与平板表面接 触的那层空气粘附在平板表面上，于是这层 气流的速度v降为零。紧靠这层气流上面部分 的气流，由于空气微团之间的摩擦作用，部 分地降低了它的运动速度，在它更上面的那 部分，气流由于受到的影响更小，因而其运 动速度减小量也更小。这样最下面的那层气 流速度v为零，随着距平板距离的增加，气流 的速度逐渐增大，一直增至与来流速度v∞相 等，形成了薄薄的附面层，如图3-3示。由于
图 3-2 汽车表面附面层
对于运动的物体，分离现象产生越晚，空 气阻力越小，所以在设计上力求将分离点向后 推移。在一定形体上作局部调整即可推迟涡流 的生成。从而减少形状阻力。 3.2.2 摩擦阻力
汽车空气阻力中的摩擦阻力是由于空气的 粘性在车身表面上产生的切向力造成的。空气 与其它流体一样都具有粘性，当气流流过平板 时，由于粘性作用，空气微团与平板表面之间 发生摩擦，这种摩擦阻碍了气体的流动，形成 一种阻力称为摩擦阻力。
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。
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图8-2为某款新车型的开发程序，在整个开发过程中，先后进行了4个步 骤的风洞试验： （1）在初期造型工作完成后，要将几个缩比模型方案同时进行风洞试验， 从中选择出一个最佳的方案。 （2）将选定的模型方案进行空气动力学修正，然后反复进行风洞试验，直 至定型。 （3）将定型的缩比模型制成1：1模型进行风洞试验，同时要添加刮水器、 后视镜以及天线等外露附件。 （4）最后进行完成车的整车风洞试验，除了常规的空气动力性能试验外还 要进行气候变化试验。
第８ 章 汽车空气动力学试验
８. １ ８. ２ ８. ３ ８. ４ ８. ５ ８. ６ ８. ７ ８. ８ 概 述 汽车空气动力学试验的基本方法 汽车风洞 汽车风洞试验技术 风洞试验测量仪器 流态显示试验方法 汽车风洞试验模型 汽车空气动力学道路试验
汽车空气动力学是一门经验科学，大量的汽车空气动力学方面的重要 结论来自于试验数据的分析和推理。 风洞试验是汽车空气动力学这一学科的重要研究手段，国外各大汽车 制造公司和研究机构均不惜耗费巨资建设汽车风洞，以其作为开发高性能 汽车的重要手段，而汽车流场与汽车性洞试验，揭示汽车周围复杂流场的流动本质。在汽车设计的初 始阶段，为了选择最佳的气动外形，必须进行比例模型试验和全尺寸模型的风 洞试验；在样车定型前要进行大量的实车气动力试验，提供空气动力特性数据， 作为汽车设计的依据。 （2）验证汽车空气动力学理论和计算结果。在理论分析和计算中，一般都 要对研究对象进行必要的简化，然后建立方程并求解，最后得出结论。理论分 析和计算所得到的结果，要通过试验来进行验证。
测量出模型表面的压力分布，研究汽车周围的 绕流状态，如图8-5所示。
1．试验段 2．调压缝 3．扩压段 4．拐角与导流片 5．稳定段 6．收缩段 7．动力段
测量气流速度的方向通常用五孔探头 和恒温式热线风速仪（图8-23）来测量。 图8-24为五孔探头的结构，探头的头部为 半球形，在上面开有五个测压孔。 图8-25为一单热线探头，将其安装在可转动的支座上，支座转动， 热线探头随之转动，便改变了热线与气流之间的夹角。