经典汽车空气动力学

《工程流体力学－汽车空气动力学》复习大纲（答案仅供参考）

1、 汽车空气动力学的发展有哪几个时期？

基本型时期、流线型时期、最优化时期

2、 汽车空气动力学的研究方法有哪些？

实验

理论

数值模拟（CFD ）

3、 汽车空气阻力与哪些因素有关？ 式中，CD 称为空气阻力系数；A 称为迎风面积；ρ是空气密度；ur 是相对速度，无风时即为汽车的行驶速度ua （m/s ）。

4、 什么是流体的粘性？流体的粘性与什么有关，怎样变化？

粘性是指在运动状态下，流体具有抵抗剪切变形的能力。

温度是影响流体粘性的主要因素，液体的粘性随温度的升高而减小，气体的粘性随温度的升高而增大。

5、 什么是音速？什么是马赫数？它们是衡量气体的什么性质的指标？

音速（a )：微小扰动在某种介质中的传播速率。用来衡量气体的压缩性。音速越大，越不易压缩。

马赫数：用来衡量运动气体的压缩性。 v----气体的运动速度；a---气体的当地音速。

6、 在什么情况下气体可看作不可压缩流体？

Ma 小于0.3时，气体可看作不可压缩流体。

7、 什么是流线？流线有什么性质？

流线（Streamline ）是某一时刻在流场中画出的一条空间曲线，在该时刻，曲线上的所有质点的速度矢量均与这条曲线相切。

流线的几点性质

• 1. 流线簇的疏密程度反映了该时刻流场中各点速度的变化。

• 2. 对于恒定流，流线的形状和位置不随时间而变化。

• 3. 恒定流时，流线和迹线重合。

• 4. 一般情况下，流线不能相交，不能折转，只能是一条光滑曲线。

8、 什么是层流？什么是紊流？

层流（Laminar Flow ）：各流层质点互不掺混，分层有规则的流动状态。

紊流（Turbulent Flow ）：质点运动轨迹极不规则，各流层质点剧烈掺混。

9、 什么是不可压缩一元流连续方程？有什么物理意义？

221r D w u A C F ρ⋅=a v Ma =

各过流断面上体积流量为常数，面积大则流速小，面积小则流速大。

10、 什么是不可压缩气流伯努利方程？有什么物理意义？

p —单位体积的压能，2

2

v ρ―――单位体积的动能。 ―――――单位体积的机械能守恒。

11、 汽车表面的压强分布是怎样的？

12、 什么是附面层？

实际流体绕过物体流动时，由于流体粘性的影响在物体表面附近形成沿面的法线方向速度变化很快的薄层。附面层的外边界将流场分为两个区域：层内粘滞区和层外无粘性区。

13、附面层分离的原因是什么?平板会发生附面层分离吗?

在流动的前方出现增压区是附面层分离的原因。

平板不会发生附面层分离。因为平板绕流无增压区。

14、压差阻力产生的主要原因是什么？

附面层分离是压差阻力产生的主要原因.

15、汽车所受的空气的力可分为哪些力和力矩？

const

Q A V A V ＝＝＝2211const v p =+2

2ρconst v p =+

22

ρ

16、汽车的气动阻力分为哪几种？各是什么？

（1）压差阻力又称形状阻力

(约占汽车总气动阻力的50%~65%)

（2）摩擦阻力

(约占汽车总气动阻力的6%~11%)

（3）诱导阻力

(约占汽车总气动阻力的8%~15%)

（4）干涉阻力

(约占汽车总气动阻力的5%~16%)

（5）内流阻力

(约占汽车总气动阻力的10%~18%)

17、气动升力是如何产生的？气动升力对汽车性能有何影响？

如图所示，当空气流经上下表面不对称的翼型时，空气质点流经上表面的路程比下表面的路程长，而流经后的空气质点又必须同时在后缘汇合，因此流经上翼面的空气质点速度比流经下翼面空气质点速度高。根据伯努利定理可知，上翼面的静压比下翼面的静压小，从而在上下翼面间产生压差，产生升力。

气动升力将减小汽车轮胎对地面的压力，影响动力性和制动性能，同时，使轮胎侧向附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。

18、气动侧力是如何产生的？气动侧力对汽车性能有何影响？

外形不对称、横偏角（气流与汽车纵对称面夹角）产生气动侧力。

气动侧力将使汽车相对原直线行驶方向发生偏移。

19、汽车气动造型的演变历程是怎样的？

箱型――甲虫型――船型――鱼型――楔型

20、汽车的理想气动造型是怎样演变的？

水滴型――带弯水滴型――鲸状――A.Morelli型

21、简述低阻车的开发过程。

22、汽车空气动力学优化设计准则

1） 在满足结构、乘坐舒适性要求的前提下，尽可能采用低阻“钝体”开发车身；

2） 注重车身各局部的气动优化设计；

3） 在满足汽车功能要求的前提下，尽可能减少车身外露附装件，必要的车身外露附装件也

应当尽量使其流线型化；

4） 车身底板应尽可能平整光顺，或者完全覆盖起来；

5） 重视车身内流的系统优化设计，以提高冷却效率和内流场品质；

6） 从设计和工艺上保证车身的完全对称，避免外形气动侧力的产生；

7） 通过造型或加装空气动力学附件达到减小气动升力乃至产生负升力的目的；

8） 通过造型使车身侧风作用点（风压中心）位置略处于重心之后；或加装空气动力学附件，

保证行驶方向稳定性。

9） 通过结构、外形设计、材料选择（包括厚度）、制造工艺等综合手段，尽可能降低气动

噪声；

10） 通过外流场设计以及轮腔和汽车底部气流控制，减少汽车表面尘土污染；

11） 巧妙地综合考虑气动造型和美学造型的协调融合，避免外形设计的雷同化。

23、简述改善侧风稳定性的主要措施和方法。

从设计和工艺上保证车身的完全对称，避免外形气动侧力的产生；

通过造型使车身侧风作用点（风压中心）位置略处于重心之后；

加装垂直尾翼。

24、简述减小汽车空气阻力的主要措施和方法。

（1）发动机盖应向下倾斜。

（2）挡风玻璃应尽量与车顶圆滑过渡。

（3）尽量减少突起物，流线型设计。

（4）在汽车前端保险杠下面安装导流板。

（5）汽车后部最好采用斜背式或直背式。

（6）在汽车后端安装扰流板。

（7）所有零部件在车身下平面内且比较平整。

（8）发动机冷却进风系统的合理设计。

25、综述：如何进行轿车的气动造型设计？