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汽車空氣動力學研究方法

2020-10-20 16:51:24·  來源：AutoAero  作者：李昀航  
　
汽車空氣動力學研究可以指導汽車外形設計，降低汽車氣動阻力系數(shù)，改善汽車操縱穩(wěn)定性；也可以改善發(fā)動機艙等零部件的散熱問題，降低汽車噪聲，改善乘坐舒適性。

汽車空氣動力學研究可以指導汽車外形設計，降低汽車氣動阻力系數(shù)，改善汽車操縱穩(wěn)定性；也可以改善發(fā)動機艙等零部件的散熱問題，降低汽車噪聲，改善乘坐舒適性。所以說，汽車空氣動力學對于車輛整成的經(jīng)濟性，動力性，舒適性和行駛安全性的研究具有特殊重要的意義。汽車空氣動力學的研究手段可以分為風洞試驗、道路試驗、數(shù)值模擬研究三種。

一、風洞試驗

汽車風洞是進行汽車空氣動力學試驗的主要設備，它實際上是一個特殊建造的管道，利用動力裝置在管道中產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)的氣流，使風洞試驗段能夠模擬或基本模擬大氣流場的狀態(tài)，以供汽車進行空氣動力學實驗。汽車風洞可分為直流型和回流型，現(xiàn)在大部分的汽車風洞都采用回流型汽車風洞的形式。吉林大學汽車風洞也為回流型風洞，如圖1、圖2所示。


圖1 吉林大學汽車風洞試驗段


圖2 吉林大學汽車風洞簡圖

人們通過大量的風洞試驗，不斷改進汽車設計，而風洞試驗又不斷地解釋各種氣動現(xiàn)象，推動汽車空氣動力學研究的發(fā)展。

二、汽車道路試驗

汽車道路試驗又分為：用滑行試驗法測試汽車的氣動阻力系數(shù)、側(cè)向風穩(wěn)定性試驗和室內(nèi)通風試驗。相比于其他汽車試驗方法，汽車道路試驗更接近于實際使用情況，但受環(huán)境影響較大，存在著一定的不可控性。

三、數(shù)值模擬研究

隨著計算機計算能力的增強和計算流體力學的發(fā)展，數(shù)值模擬方法憑借其便捷和直觀的優(yōu)點，成為了汽車空氣動力學研究的重要手段。目前湍流數(shù)值模擬方法可以分為直接數(shù)值模擬方法和非直接數(shù)值模擬方法。非直接數(shù)值模擬方法分為大渦模擬、統(tǒng)計平均法和雷諾時均法。

1.直接數(shù)值模擬

直接數(shù)值模擬（DNS）直接用瞬時的Navier-stokes方程對湍流進行計算，無需對湍流流動做任何簡化或近似，理論上可以得到相對準確的計算結(jié)果，但對計算資源的要求非常高，目前還無法進行真正意義上的工程計算。

2.大渦模擬法

大渦模擬法（LES）是用瞬時的N-S方程直接模擬湍流中大尺度的渦，通過建立湍流模型來間接模擬小渦對大渦的影響。這種方法的總體結(jié)果對選擇何種湍流模型并不敏感，但它對計算機的內(nèi)存和CPU的處理速度要求較高，所以該方法在工程應用中還比較少。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，LES方法目前是CFD領(lǐng)域研究的熱點之一。

3.統(tǒng)計平均法

統(tǒng)計平均法是基于湍流相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計理論，主要用相關(guān)函數(shù)及譜分析的方法來研究湍流結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計理論主要涉及小尺度渦的運動。這種方法在工程上的應用不是很廣泛。

4.雷諾時均方法

雷諾時均方法（RANS）是想辦法求解時均化的動量方程，這樣不僅可以避免DNS方法的計算量大的問題，而且對工程實際應用可以取得很好的效果。這種方法是目前使用最為廣泛的湍流數(shù)值模擬方法。 
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