汽车空气动力学重点

第一章绪论1.空气动力学的研究方法1实验研究2理论分析3数值计算2.汽车流场包括和内部流场车身外部流场3.气动阻力增加，加速能力下降。当汽车达到最大车速时，加速度的值就瞬低为零4.消耗于气动阻力的功率TDACP23au，功率与速度3次方、阻力与速度2次方成正比5.汽车空气动力特性对操纵稳定性的影响：1.升力和纵倾力矩都将减小汽车的附着力，从而使转向轮失去转向力，使驱动轮失去牵引力，影响汽车的操纵稳定性，质量轻的汽车，特别是重心靠后的汽车，对前轮胜利越敏感。2.为提高汽车的方向稳定性，要减小侧向力，使侧向力的作用点移向车身后方6.汽车空气动力学发展的历史阶段答：（1）基本形状化造型阶段（2）流线形化造型阶段：①杰瑞提出“最小阻力的外形是以流线形的一半构成的车身”‘只有消除尾部的分离，才能降低阻力’；②雷提出：短粗的尾部与长尾相比，仅使气动阻力系数有较小的升高，1934年起，雷提出的粗大后尾端的形状逐渐发展为快背式。③康姆提出，对大阻力的带棱角的车型，气动阻力系数随横摆角的增加变化很小，而对于流线型汽车，随着横摆角变化，阻力系数有很大变化，即地租汽车侧风稳定性差、。（3）车身细部优化阶段：汽车空气动力学设计的原则是首先进行外形设计，然后对形体细部逐步或同时进行修改，控制以及防止气流的分离现象发生以降低附着力，成为细部优化法（4）汽车造型的整体优化阶段：整体优化法设计的原则是首先确定一个符合总部制要求的理想的低阻形体，在其发展成实用化汽车的每一设计步骤中，都应严格的保证形体的光顺性，使气流不从汽车表面分离，称之为形体最佳化第二章汽车空气动力学概述7.气动升力及纵倾力矩：1.由于汽车车身上部和下部气流的流速不同，使车身上部和下部形成压力差，从而产生升力。作用于汽车上的升力将减小轮胎对地面的压力，使轮胎附着力和侧偏刚度降低，影响汽车的操纵稳定性。2.车身底部外形对升力系数影响很大，故不能仅根据侧面形状来分析汽车空气动力特性8.侧向力及横摆力矩：1.侧向力和横摆力矩都影响汽车的行驶稳定性，在非对称气流中，横摆力矩有使汽车绕垂直轴转动的趋势。2.流线型系数越大，侧向力系数越小，并且侧向力系数几乎与横摆角成比例增加，一般长度较小、宽度较大、车身低矮的汽车空气动力稳定性好9.侧倾力矩：汽车的高度和宽度对侧倾力矩影响很大，一般低而宽的汽车侧倾力矩系数比高而狭长的汽车的汽车的侧倾力矩系数小，汽车设计时，应尽量使风压中心接近侧倾轴线10.阻力分类：气动阻力：外部阻力（形状阻力、诱导阻力）和内部阻力（发动机冷却系阻力、驾驶室内空调阻力、汽车部件冷却阻力），诱导阻力是升力的水平分力。11.空气动力特性影响因素：前端形状、风窗玻璃与发动机罩形状、顶盖外形、车身侧面外形、后窗周围形状、车身底部外形。12.在设计中，前端形状如能尽量倒圆棱角，使外形接近流线型，并减小车头的正面投影面积，就可得到较好的空气动力学效果13.影响风窗玻璃与发动机转角部位空气动力特性的主要因素是：发动机罩与风窗玻璃的夹角、发动机罩的三维曲率及结构、风窗玻璃的三维曲率及结构14.车身侧面外形对空气动力特性的影响：在保证总布置设计要求即在居住空间控制的范围内，影视侧面外形曲率达到最佳化，消除侧面部件的外凸和棱角，使其平滑以消除和控制气流分离，减小涡流区，降低DC值。为使气流平顺的流经车身侧面，设计需要时，可适当设置侧翼15.顶盖后缘做成稍成圆形或把顶盖后侧板做成高于后窗表面的外形时，可以使DC值降低16.车身底部外形对空气动力特性的影响因素：离地间隙、车身纵倾角、车身底部曲率第三章汽车空气动力学基础17.如果温度不变，流体的体积随压力增加而缩小，这种特性称为流体的压缩性18.如果压力不变，流体的体积随温度升高而增大，这种特性称为流体的膨胀性19.粘性：流体具有阻抗各层之间的相对滑动的性质，叫做粘性；四个假设：连续性、无粘、不可压缩、定常。20.雷诺数粘度）（l/eReR数越小的流动，粘性作用越大；eR数越大，粘性越小21.绕流特性绕汽车的流场分为两种：一类是汽车的外部流，包括汽车表面的气流；另一类是内部刘，即通过诸如发动机、排气系统、冷却系统以及驾驶室的气流。在静止空气中，假设没有气流分离现象，粘性只是在汽车表面几毫米厚的薄层中起作用，这个薄层就称为边界层22.气流在平板壁面的速度为零，在垂直于平板的法线方向上，速度从零逐渐增大，到壁面某一距离时，流体速度达到99%值。再往外，流体速度几乎不变，都是。速度小于99%的区域叫做边界层。在边界层内，流体速度从0迅速达到99%23.边界层内的流动有层流与湍流两种，雷诺数对两种状态的转变有决定作用。层流边界层的厚度，沿流线方向增长，~边界层的厚度岁距离χ的增长、运动粘度的增长以及自由流度的减小而增加24.汽车的绕流是气动噪声的产生根源第四章汽车空气动力学设计25.汽车空气动力学设计的准则：在满足结构设计、美学、人体工程学（居住性）以及法规要求时，降低气动阻力汽车基本外形设计考虑因素：确定驾驶室有足够的居住空间、进行汽车外形设计、考虑安全法规的要求、确定车长、发动机冷却系与冷却格栅的设计26.空气动力特性分析灵活采用估算法：①根据大量的估算数据，进行汽车空气动力特性分析，减少模型的制作个数②缩短试验时间，节省费用27.气动阻力的估算方法是以汽车空气动力学理论计算为基础，对模型风洞试验的结果进行补充、修正，从而得出经验公式来进行估算28.最佳造型应是以机械工程学、人体工程学、空气动力学和美学全面恰当的糅合在一起并有独特风格的造型29.改善汽车空气动力特性的方法：①车身设计成楔形或快背式，车前段尽量压低，俯视图多呈半圆形，前风窗与发动机罩、顶盖与侧面的过渡部分圆滑光顺，前风窗与水平面的夹角一般在25°~35°之间②汽车设置前、后扰流板等空气动力学附加装置③车身底面平滑化或加设光滑底板④车身表面尽量减少凸凹面和凸起物⑤控制发动机冷却气流⑥车身细部形状最佳化第五章发动机冷却系和驾驶室30.发动机室内压力分布：发动机室上部的压力由前向后逐渐增加，而发动机室后部的压力则由下至上逐渐增加31.前挡风板的作用：减小升力、使通过散热器中心的冷却风量增大32.保证车室环境舒适性的措施：设置隔热层及空调系统、设计良好的自然通风系统第六章汽车空气动力学噪声33.流程中声源的分类为：单极子声源、双极子声源、四极子声源。单极子声源的声压级与流场平均速度的四次方成比例，故速度增加2倍时，声压级增加12dB，流程面积增加2倍时，声压级增加6dB34.汽车的排气管是一个复杂声源的例子，在一般排气速度下，产生单机子生源；当排气管排出得流量过小时，出现了双极子声源；当排气管速度过大时，则出现四极子声源35.流场中，由于气流分离而产生气动噪声。当前端为圆角时，立方体表面产生附着流：当前端为尖角时，气流出现二维分离；当气流从斜方吹来时，立方体产生三维分离涡36.外形凸起物对气动噪声的影响：在低频域，随凸起的增高，气动噪声声压增大；高频域中，气动噪声的变化或者主要是由流速变化而产生的。对汽车而言，在高频域，车身外形的变化以及局部流速的增大对气动噪声有很大影响第七章风洞试验、流态显示试验、道路试验37.汽车空气动力学试验的基本方法分类：模型风洞试验法：该试验法用汽车比例模型在风洞中进行空气动力学试验。试验时模型一般不动，使空气流经模型，只要满足必要的相似条件，这就与实车在静止空气中运行具有相同的物理规律。实车风洞试验法：该试验法用实车在风洞中进行试验。在实车风洞中，用转动的传动带模拟地面效应，或设置转鼓模拟地面效应，汽车处于行驶状态，同时模拟汽车的内、外流场。实车道路试验法：该试验法用实车在试车场进行试验，包括实车气动阻力测定、实车流态显示、实车气动噪声、实车发动机冷却以及实车驾驶室内空调等的试验，还有用侧风发生器进行侧风稳定性试验等等。38.风洞试验的测量方法：天平测力法、流态显示法、流场测量法。试验项目：汽车性能试验、驾驶室通风及换气试验、空调试验、其他试验。39.汽车风洞试验主要研究问题：①研究汽车空气动力特性②通过对汽车表面的压力分布与流场性能的分析，研究汽车各部位的流场③发动机冷却气流的进气和排气特性④驾驶室内的通风、取暖及噪声等特性40.汽车风洞按试验段的形式可分为开式风洞、闭式风洞及半开式风洞41.汽车风洞试验模型尺寸限定：当模型横摆角为0°时，其正面投影面积不得超过实际试验段截面面积的5%以上，高度不得超过试验段高度的30%，在其最大横摆角位置时，前视投影宽度不得超过试验段宽度的30%。根据风洞试验段尺寸，风洞试验模型采用3:8、1：5、1:4、1:10、1:1等比例42.汽车风洞试验准则：足够的均匀流场、几何形状相似、雷诺数模拟、尽量排除风洞试验中的支架及洞壁的干扰、风洞流场的动态校准43.试验段界面气动外形的选择原则：在满足实验要求的前提下，采用最小的截面面积，以减小鼓风机驱动功率；在给定截面面积的情况下，其界面特性应尽可能有利于复现汽车模型的绕流特性，以将风洞的洞壁干扰降到最低。44.汽车模型风洞试验与全尺寸风洞试验的差异：①由于风动速度的限制，不允许与全尺寸风洞试验的雷诺数相等②地板边界层对于模型尺寸的相对厚度的差异，对实验结果产生影响③相对于模型尺寸的湍流模拟比例，对实验结果产生影响④给定尺寸下的马赫数，对试验结果产生影响45.目前地面效应模拟的三种主要方法：移动带传动法、固定地板法、边界层吸除法46.车身表面流态显示试验方法：①丝带法（表面丝带法、网格丝带法）②油流法（油膜法、油点法）47.滑行试验应在无自然风、无雨的天气下进行，试验道路应是平坦的；试验车车顶部装设风速仪，以测定风速；在距车定的风速仪5m处设置五轮仪，以测定滑行距离。第八章空气动力学数值计算48.CFD（计算流体力学）是建立在全Navier-Strokes方程近似解基础上的计算技术。根据近似解的精度等级，把N-S方程的解法分成以下四类：线性非粘性流方法、非线性非粘性流方法、平均雷诺数基础上的N-S方程、全N-S方程49.CFD的常用方法：有限差分法、有限要素法、边界积分法50.CFD现主要可解决以下问题:①用VFD预测分离和涡流较少的车身前部的表面压力分布。通过计算可大幅度较少这部分压力的测点，提高压力分布测定效率②对流态显示比较困难的车身底部，可用CFD得到的数据对风洞试验进行补充③用CFD方法进行涡流和分离少的地租车的设计和开发，从而缩短设计、开发的时间51.空气动力学计算中非粘性流方法有涡格法和面元法