汽车空气动力学的研究方法
汽车空气动力学的研究方法
1.基础理论
研究空气运动规律的基础是质量守衡、动量守衡和能量守衡定律，可由Euler、NS等数学方程组来描述。然而有关不可压流体特性、流体阻力理论以及汽车绕流特性等基础理论研究还有待深化。
2.风洞试验
风洞是利用巨大的风扇，把空气吸入管孔中，再利用整流板及管孔渐小的设计，把吸进的空气加以整流和加速，使之达到所需的风速，然后再送入风洞的试验段中。在设计和改进汽车时，作出相应的模型或实物，并放入风洞进行空气动力学测试。国内外大型汽车制造公司不惜耗费巨资建造汽车试验风洞，美国通用汽车公司研制出4 500 kW、叶片直径13．1 m的世界上最大的风洞装置。风洞或实车道路空气动力学特性试验包括：①通过表面丝带法和网格丝带法测试车身表面流态；②通过烟度发生器实施烟流法测试汽车车身周围流态；③通过荧光添加剂喷雾法和水流模拟法进行流动模拟试验，以及用高速摄影法对雨水和灰尘流动特性进行印证；④通过肥皂泡法、丝带法和烟流法，对发动机室和驾驶室内的气流流态进行试验印证；⑤通过滑石粉法和泥土重量分析法印证泥垢附着状态等。
3.数值仿真
汽车空气动力学研究主要有两种方法，一种是进行风洞试验；另一种是利用CFD程序进行数值模拟。传统的风洞试验结果一般可靠性比较高，但由于它有许多局限性，如风洞试验成本高、周期长、需要制作一系列油泥模型等，阻碍了它在汽车设计中的应用。另外，在风洞试验时，我们只能在有限个截面和其上有限个点处测得速度、压力和温度值，而不可能获得整个流场中任意点的详细信息。为了观测整车的流场结构，只能依靠一些定性手段，如烟流法、油膜法和丝带法。要精确研究某些复杂流动现象，如层流向湍流的转变、拖拽涡形成与发展、尾部涡系结构等．测出这些流动的流场参数，测量截面选取很大程度上依靠经验，这样使得精确研究这些复杂流动及其机理变得非常困难。
与风洞试验相反，CFD精度比不上风洞试验，但却几乎克服了它的所有局限性。CFD是计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)的英文名称的简写。在过去的十几年中，随着计算机技术的发展，CFD被越来越多的应用到了汽车设计中。目前，CFD可以分析从层流到湍流、定常到非定常、不可压到可压、无粘到有粘的几乎所有的流动现象。CFD最主要的问题在于精度不如风洞试验，但目前许多大型商业化通用软件已经很好地解决了这一问题。而某些专用CFD软件在解决某些汽车流场计算时可达到更高精度。
在内燃机的设计和开发中，CFD已被作为一种重要而有效的工具加以利用。内燃机的燃烧过程很大程度上受燃料与空气混合程度的影响，这种混合是一种复杂的瞬态流动。目前绝大多数CFD商用软件均可以解决此问题，它们均提供有求解多元混合流动的模块，且计算精度均较高。另外，在汽车室内气候调节、暖气、通风空调系统的设计中也大量使用CFD软件来帮助分析。在发动机冷却、排气系统的设计中，CFD分析结果也被大量地使用。在汽车制冷风扇的叶片设计以及液力变矩器、油泵和盘式制动器的冷却系统的设计中也大量地使用了CFD分析结果。