汽车外流场分析
◆ 汽车行驶中所受气动力和气动力矩可以分解为阻力、升力、侧向力、横摆气动力矩、纵倾气动力矩和侧倾气动力矩6 个分量。对汽车性能影响的研究主要是指气动阻力、气动升力、气动侧向力及各气动力矩对汽车操纵稳定性影响的研究，同时也包括了汽车周围压力场的研究、气动力和气动力矩形成机理的研究、空气阻力对汽车动力性和经济性影响的研究等；
◆ 汽车行驶中各部位的流场研究；
◆ 汽车发动机的冷却和车内通风的研究，包括车身表面压力分布的研究、发动机冷却气流和车内通风气流等；
◆ 汽车气动噪声的研究，包括气动噪声形成机理和控制方法的研究等。
空气阻力的研究不仅仅是从提高车辆性能的要求考虑，更重要的是具有重大经济意义。目前世界汽车保有量已达6 亿多辆，汽车运输量占总运输量的70%左右。这些车辆在运输中几乎全部采用石油燃料，需消耗世界石油产品的1/4。在长期的开发过程中，人们已经运用多种途径来达到节油的经济目的，如改进燃油品质，用柴油机代替汽油机，采用复合动力装置，采用新型替代燃料及制定先进的标准等办法。但是节能效果最为明显的就是减小汽车的空气阻力、滚动阻力和改善发动机微机控制等方法，因为汽车结构所限，再多的变化与新技术的运用仍然要考虑到减小空气阻力和动力输出。
网格建模
几何文件（.stl 等格式）可以直接输入 Starccm+中，输入的几何文件都自动转化为很多
小面来构成几何表面，输入到Starccm+中后的几何外形如图1。
对几何进行必要的修复和简化后，指定网格尺寸，可以直接生成体网格，也可先生成面网格再生成体网格。网格生成根据汽车外流场不同部分流场的不同情况，进行合理分区，使用具有相适应特征的网格就有助于显著提高解题的精度、计算的收敛性和稳定性。Starccm+中可以生成的四面体或多面体网格，且可以生成边界层网格。在此次分析中采用了四面体和边界层网格，网格数为3,518,231，节点数为869,111 如图2 所示:
分析条件
该分析采用2 阶离散格式，湍流模型为RNG K-E 湍流模型，进口为速度进口，速度为27m/s,出口为压力出口边界。
分析结果
分析完成后，在Starccm+ 中进行后处理，图3 为车身的静压云图从压力分布云图可以看出，前端制止区的影响范围较大，增大了阻力；空调新风区域高压区较小，会影响进风效率；尾涡区的压力梯度变化较小，会减少尾涡区域的影响范围，减小阻力。
从前端进风压力系数云图（图4）可以看出，下隔栅的进风区域比较合理，上格栅的进风效率会有影响。下挡风玻璃的压力分布不是最有利于空调新风口进风，高压区的影响范围小，位置偏上。
从图 5 中可以看出，前蒙皮和格栅区域的设计合理，没有发生大的流动分离现象。前轮罩下游区域发生的流动分离区域很小，说明贴体流动性能良好，风阻小。整车后窗玻璃，后蒙皮区域有较大的流动分离，增大了阻力。
从车身表面油流（图6）可以看出，整车表面流线光顺没有大曲率的流动曲线，回流曲线少，整车表面流动状态较好。前轮罩后部区域有回流曲线；后窗-C 柱以及后窗-顶盖区域流线强行向中部区域靠拢，增大阻力。
图 6 车身表面油流
从整车流线图（图 7）也可以观察到前轮罩后部区域的回流现象；后窗-C 柱以及后窗-顶盖区域流线强行向中部区域靠拢，增大阻力。此外，流线经过A 柱、前翼子板后发生较大的流动分离现象，增大了阻力。后窗和后舱盖流线贴体性较好，后部尾涡区影响范围较小，具有减阻的作用。
分析结果与设计和实验值对比
整车CFD 分析得到的空气动力学参数如下：阻力系数Cd=0.294，阻力因子Cd*A=0.60，升力系数Cl=0.0756，都小于 VTS 目标值，以及试验相应值。但是CFD 分析由于没有考虑后视镜，地板进行光顺处理，因此实际的阻力和阻力系数会大些，简化对该系数的影响比较大，以后分析中将尽量把发动机舱的流动一起进行分析。
从流场各个特性显示可以看出，整车总的流动状态较好，有很好的贴体流动性能，整车表面流线光顺没有大曲率的流动曲线，驻点区的分离再附着性能好，除了尾涡区没有大的回流和流动分离现象，Underbody 流动有利于减小尾涡区尺寸，尾涡区的压力梯度变化较小，影响范围小，减小阻力。
但是在局部区域还是有一些增加阻力或降低系统性能的因素，例如：前端进风压力会影响上隔栅的进风效率，下挡风玻璃的压力分布不是最有利于空调新风口进风，前轮罩后部区域有回流曲线，后窗-C 柱以及后窗-顶盖区域流线强行向中部区域靠拢，流线经过A 柱、前翼子板后发生较大的流动分离现象，增大阻力。计算流体力学依赖计算机技术的发展在汽车设计和分析中得到应用，能够节约大笔试验费用，并且可以得到很好的数值模拟结果。经过计算流体力学家们的长期努力，汽车流场数值模拟使计算流体力学(CFD)在汽车工程领域中具体应用，这个领域已取得了许多重要的进展，建立和开创了许多理论和方法，提高了新型车型的设计效率。 |
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总部李老师
