汽车空气动力学ppt课件

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造型上改善空气动力性能的措施
基本原则： 1、降低高静压区气体静压，升高低静压区的气体静压； 2、延缓分离现象； 3、负迎角造型，疏导底部气流； 4、使风压中心位于汽车质心之后。
汽车的气动阻力由五部分组成：
1、形状阻力 又称表面压差阻力，是由汽车前部的正压力和车身后 部的负压力的压力差而产生的。是气动阻力的主要部 分。汽车车身各个表面的形状及其交接处的转折方式 是影响形状阻力的主耍因素约占60%；
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无粘流绕二元圆柱的流动
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粘流绕二元圆柱的流动
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车身表面压强分布特性
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4、汽车气动阻力的组成
2、摩擦阻力 它是由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力， 其数值取决于车身表面的面积和光滑程度，约占气动 阻力的9％左右。
3、诱导阻力 它是气动升力所产生的纵向水平分力，一般约占气动 阻力的5％～7％。要减小诱导阻力，就应设法减小升 力；
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4、汽车气动阻力的组成
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汽车表面的附面层
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发动机罩与前风窗凹处的涡系
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3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
3.1 气动力
将整个汽车外表面上压力合成而得到作用在汽车上的 合力，称为气动力F。合力在汽车上的作用点称为风 压中心，记作C.P。气动力F与气流速度的平方，迎风 面积S以及车身形状系数ＣＦ成正比，即：
式中，迎风面积S为汽车正面投影面积，又 称参考面积，ＣＦ与车身形状有关。
汽车空气动力学
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空气动力学基础
1、汽车空气动力学研究的主要内容:
①汽车行驶中的气动力和力矩,主要研究怎样使汽车具有较小 的气动阻力,以减少油耗,怎样使汽车具有较小的升力、侧向力 和横摆力矩，以保证良好的稳定性；
②汽车表面及周围的流谱和局部流场的研究，以分析作用在 汽车上的气动力机理，有利于改善汽车表面雨水流的路径， 减少尘土堆积、风噪声和面板振颤；
由于流体流动的连续性，并且流体又不可压缩， 因而在相同的时间内流过前后两个截面的流体质 量应相同，即流速v与截面积A的乘积不变：
v*A=常数
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2.4 伯努利方程式
根据伯努利原理，气流静压强p与动压强pq之和 为常数。
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2.4 附面层
理论上假设空气是非粘滞性的，而实 际上空气具有粘滞性，即当其相对于 表面运动时会产生内摩擦作用。与物 体表面接触的气体将受到该表面的阻 滞使相对速度变为零。邻近该表面的 空气层也被粘滞摩擦力所阻滞，其相 对于表面的运动速度也随与表面的距 离而变化。当与表面的距离超过一定 数值时，空气粒子的运动已不受粘滞 性的影响，其速度与外部气流速度相 等。因此，围绕着运动物体的一个相 对薄的空气层内，气流速度有着急剧 的变化，存在着速度梯度。该气流层 称为附面层，又称为边界层。
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2.5 分离现象与涡流
图所示是物体表面各部位的速度梯度的情况。从a到最 大截面d空气流速逐渐增加，而流过最大截面后，流 速又逐渐减少。由于空气附面层的粘性，e、f、g的流 速已不可能与c、b、a的流速对称，而是更慢，在k处 就使得某微层的速度为零，k以下的微层发生倒流现象， 产生涡流。
分离和涡流耗费能量，使阻力增大。
横摆力矩Ｍz
MyFyXcpqSLMCz
侧倾力矩Ｍx
MxFyZcpqSLMCx
Xc、Ｚc——风压中心到质心距离；
Ｌ——为特征长度，一般指轴距。
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气动力和气动力矩
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4、汽车气动阻力的组成
汽车的阻力系数Ｃd可以定义作用在迎风面积上的平均 压力Fx /S与基准动压的比值，是一个无因次量，与汽 车尺寸无关，仅仅取决于形状。
“流谱”——在某一瞬时的流场中，许多流线的集合，可 通过流谱来描述气体流动的全貌。
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2.2 前提假设
①车速小于360km/h ，空气不受压缩，即空气密 度不变； ②外层空气（远离物体表面）为无粘滞性的理想 气体； ③相对运动等效：把汽车看成静止的，空气绕汽 车周围流动。
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2.3 流体流动的连续性
速度v，压强p，密度 等，表示为空间坐标(x,y,z)和时间t 的函数, 如v=v(x,y,z,t)、p=p(x,y,z,t)、 x,y,分z,别t称为
速度场，压强场和密度场，统称为“流场”。随时间变化 的流场，称为“非定常流场”；不随时间变化的流场，称 做“定常流场”。
“流线”——为了研究气流的运动，在气流中引人一条假 想的曲线，它任何一点切线的方向都与该时刻气流质点速 度向量的方向相同。流线所给出的，是在同一瞬时，线上 各气流质点运动方向的图形。
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典型轿车发动机.室内部的流谱
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5、汽车的气动升力
汽车的气动升力垂直于汽车的运动方向，即垂直于地面。升力 向上为正，向下为负。气动升力对汽车是有害的，必须尽可能 设法减小。因为它会降低轮胎的附着力从而影响汽车的驱动性、 操纵性和稳定性。
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6、汽车的空气动力稳定性
主要表现为横摆运动的稳定性：
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迎风面积的定义
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3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
气动力分量：Ｆx气动阻力、Ｆy侧向分力、Ｆz气动升力。
相应的阻力系数Ｃd、侧力 系数Ｃy、升力系数Ｃz
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3、汽车行驶时受到的气动力和力矩
3.2 气动力矩
气动力的三个分力转化到汽车的质心上，则气动力矩如下：
纵倾力矩又称附仰力矩Ｍy

M y F x Z c F z X c p q S ( C d Z c C z X c ) p q SM LyC
③发动机和制动装置的空气冷却问题，目的是减少冷却通路 和散热器的内部空气阻力，提高冷却效果；
④汽车内部的自然通风和换气问题，研究车身进出风口的合 理布置，车内进出风量、风速、风路，使汽车具有良好的通 风和换气性能，保证舒适性。
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轿车空气动力学研究内容
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2.1 空气动力学基本概念
“流场”——空气动力学中，把流经物体的气流的属性，如
4、干扰阻力 又称附件阻力，是由暴露在汽车外部的各种附件引起 气流相互干扰而形成的阻力。这些附件包括后视镜、 门把手、雨刷、流水槽、前牌照、照明灯、前保险杠 以及天线和装饰物等。它约占气动阻力的15％左右；
5、内部阻力 又称内循环阻力，是由冷却发动机等的气流和车内通 风气流而形成的阻力，约占气动阻力的10～13%。