空气动力学一

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1、第四章汽车空气动力性能一、名词术语1.空气动力物体与空气相互作用产生并作用于物体上的力。其大小、方向取决于空气与物体之间的相对速度和物体的形状。2.空气动力对汽车性能的影响动力性经济性操纵稳定性车速大于50km/h时，空气动力性能就不可忽视。当车速达100km/h时，发动机输出的功率有80%用于克服空气阻力。而且气动力是气流作用在汽车整个表面上的变分布压力的综合效果。这种压力分布随汽车与气流间的相对状况而变化，有时可以改善转向特性和操纵特性，有时又会使其恶化。因此，具备一些这方面的知识，对评价车身的造型，以及确定汽车的外形都具有重要的意义。轿车空气动力学研究内

2、容二、汽车空气动力学研究内容样车完成样车风洞试验设计计划空气动力学基本要求模型风洞计算仿真气动造型方案选择空气动力学协调外形基本型空气动力性能指标方案初定1：1模型风洞1：1模型评审计算仿真否否是总布置开发美学造型设计样车试制样车分析否§4-1空气力的形成（参见书6-2，6-3）一、前提与假设1．前提：车速Va≤360km/h（即空气相对流速Va≤100m/s）。2．假设：①空气不受压缩（即空气密度ρ不变）②外层空气无粘滞性除了车身表面附近一薄层空气外，离车身较远的外层空气是没有粘滞性的理想气体。③相对运动等效性。汽车以一定的速度在静止的空气中行驶所产生的空气

3、力，与空气以同样的速度流经静止的汽车时所产生的空气力相等。风洞实验就是依据这一原理。二、空气力的形成空气力是指作用在车身表面的全部气动压力的总和。1．外层气流情况在远离车身表面的外层气流中，设有一空气质点在某一时刻通过空间的A点，该质点的运动轨迹称为“流线”。若流速保持恒定，则紧接着陆续到达A点的所有空气质点也将沿着完全同样的轨迹运动。因此可以认为流线在空间的位置和形态是固定的（这一点可由烟风洞实验证实）。每一条流线隶属于流线族，众多的流线族构成汽车周围的流谱。流谱的形态是由车身的外形以及车身与空气的相对速度决定的。数据显示屏六分力天平风洞内壁整流筛风机风扇有

4、六个叶片，每个叶片重1吨，高12英尺，用西加云杉(Sitkaspruce)薄片制成。西加云杉薄片全都是根据高比刚度精选出来的。当电动机的转速达到最大的时候，叶片最高速度达到每小时415英里我国正在建设的风洞由于汽车的横截面是变化的，因此在沿气流方向的各个截面上流线的疏密不同。根据空气密度不变的假设以及连续原理可推知流速与流线族截面积成反比。即：物体截面大的地方流线截面积小，空气流速大。反之，物体截面小的地方流线截面积大，空气流速小。而根据外层气体无粘滞性的假设可知气流无损失流动时服从柏努利定律。即静压力P与动压力q之和为常数。即p+q=H其中动压力q=1/2ρ

5、v2ρ为空气密度，在标准状态下ρ0=1.2258Kg/m3这意味着：某处空气流速改变时，该处的静压力必然也会改变。即空气流速V增大的地方静压P减小，反之V减小的地方P增大。若理想的空气流经一个前后左右都对称而且表面绝对光滑（无摩擦）的物体时，可推知由于物体横截面积变化将导致周围空气静压力分布的变化。且有如下规律：在物体横截面大的地方流线族截面积小v大，q大，p小在物体横截面小的地方流线族截面积大v小，q小，p大。在远离物体表面的地方可近似地认为存在着这种情况。如果空气没有粘滞性，空气与物体表面的摩擦力为零。而且作用于物体表面的静压力分布虽有变化，但其总的合力，

6、即空气力也是为零的。实际上，由于空气粘滞性的存在，作用在物体上的气动合力是不为零的。2、附面层的情况（参见P115）1）附面层在紧贴物体表面的地方，空气的粘滞性不可忽视，而且物体表面与空气间存在着摩擦力，直接与物体表面接触的空气分子，受到表面的阻滞而粘着在物体表面上相对速度为零。与其相邻的空气层又被粘滞摩擦力所阻滞相对流速也较低，随着与表面距离的增大，空气粒子受粘滞性的影响程度逐渐减小，其流速也逐渐加快。当与物体表面的距离超过一定值时，空气粒子的运动几乎完全不受粘滞性的影响，其流速与该截面上外层气流的速度相等。故在围绕物体的一个相对薄的空气层内，气流速度有明显

7、变化，从外向里逐渐减小，直到接触物体表面处气流速度为零，存在着一个速度梯度。该气流层被称为附面层，又叫边界层。当附面层内速度梯度不大时，附面层内各层气流是以不同速度错动的，称之为“层流”。附面层的定义及流态2）分离现象当静压足够大时，终于在离物体表面某一距离的K点处空气粒子失去动能，流速就降至零，而在这距离以内的气流速度变为负值，即反向流动，形成涡漩，在这些地方，层流型的附面层离开了物体表面。这种现象称为分离现象。（参见书上P116图6-10）当附面层内速度梯度较大时，各层间的摩擦力相当大，附面层内充满了涡流，被称为“湍流”。这种情况常发生在物体的截面由大变到

8、小的地方，由于物体截面的这种变化，沿气