分布和变化还有车身表面和周围气流的分布和变化。总结论文介绍了汽车空气动力学的基本理论研究方法以及国内外的研究情况，分析研究汽车的流场以及其对汽车性能的影响。本课题采用软件对轿车进行三维建模，采用软件进行计算区域的设置网格划分以及确定边界类型，运用软件进行外流场数值模拟，分析其流场特性及规律，并根据仿真结果计算其气动阻力系数系数。主要结论如下轿车外阻力由压差阻力和摩擦阻力合成，其中压差阻力占主导地位，约占总阻力的以上压差阻力和摩擦阻力均随车速增加而快速增大，压差阻力由的增加到时的，摩擦阻力由的增加到时的该车型阻力系数约为，属低阻力车型由于该车型上表面存在两个大区率折面，导致压力增加，致使整车升力为负值，且随车速增加而增加，由的增加到时的，说明该车稳定性能良好，高速表现更为突出。由于在模拟过程中，对于实车结构上进行了些简化，如忽略了车轮，还有后视镜雨刮器等附件，并且对模拟环境进行了简化处理，未考虑车轮旋转以及侧风等因素，本次仿真所得阻力均比实际系数要略小些。这也是今后数值模拟中可以改进方向。当控制体积很微小时，可表示为，为控制体积界面面积，则从式可知，控制体积界面上的值是由扩散项和对流项转化的。使用有限体积法，界面的物理量要由节点的物理量通过插值的方式来表示，也就是离散方程中具有明确的物理插值根据有限体积法，式中界面和处的和，这些物理量均是在节点处定义和计算的，首先需要找出如何表示这些物理量，以建立所需要形式的离散方程。需要个在节点间的近似分布的物理参数来计算界面上的这些物理参数包括其导数。最直接，也是最简单用来计算界面物理参数的方式是线性近似。常用离散格式有限体积法常用的离散格式有中心差分格式阶迎风格式二阶迎风格式混合格式指数格式乘方格式格式。湍流模型湍流模型的分类湍流流动模型很多，大致可分为以下三类第类湍流输运系数模型，即将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。建立模型需要的微分方程数目不尽相同，据此可分为零方程模型单方程模型和双方程模型。第二类直接建立湍流应力和其他二阶关联量的输运方程，抛弃了湍流输运系数的概念。第三类大涡模拟。有别于前两类以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均的。该模型把湍流分成小尺度湍流大尺度湍流。通过求解三维经过修正的方程简称方程，得到大涡旋的运动特性，小涡旋运动还采用上述的模型。根据实际问题的不同特点，选用不用模型进行求解。遵循的原则是降低计算时间，提高精度，应用简单，通用性强。常用湍流模型单方程模型单方程模型求解变量是，表征出了近壁粘性影响区域以外的湍流运动粘性系数。的输运方程为式中是湍流粘性产生项是由于壁面阻挡与粘性阻尼引起的湍流粘性的减少和为常数。模型模型需要求解湍动能及其耗散率方程。其中湍动能输运方程是通过方程推导得到而耗散率方程是通过物理推理和数学模拟相似原形方程得到的。该模型假设流动为完全湍流，分子粘性的影响可以忽略。因此，模型只适合完全湍流的流动过程模拟。模型的湍动能和耗散率方程为如下形式式中表示由于平均速度梯度引起的湍动能产生，表示由于浮力影响引起的湍动能产生，对于不可压缩流动表示可压缩湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响，对于不可压缩流动，从为湍流粘性系数。标准模型比单方程模型有了很大改进，在科学研究和工程实际中得到了最为广泛的检验和成功应用，但用于强旋流弯曲壁面流动或弯曲流线流动时，产生定的失真。原因是在标准模型中，假定粘度系数是各向同性的标量，而在弯曲流线情况下，湍流是各向异性的。为了弥补标准模型的缺陷，许多研究者提出了对标准模型的修正方案，应用较广泛的有模型和模型。模型来的模型。模型中的常数与标准模型不同，而且方程中也出现了新的函数或者项。其湍动能与耗散率方程与标难模型有相似的形式式中和分别为湍动能和耗散率的有效湍流普朗特数的倒数。在中，如果是默认设置，用模型时是针对高雷诺数流动问题。如果对低雷诺数问题进行数值模拟，必须进行相应的设置。模型可以更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。但需要注意的是，模型仍是针对充分发展的湍流有效的，即是高尺数的湍流计算模型，而对近壁区内的流动及数较低的流动，必须使用壁面函数法或低数的模型来模拟。模型模型的湍动能及其耗散率运输方程为与模型相比，模型中湍流粘度的计算引入了旋转和曲率有关的内容，并且耗散率方程的第三项不具有任何奇异性，即使湍动能很小或为零，分母也不会为零，这与标准模型和模型有很大的区别。该模型被广泛的应用到各种流动类型中，比如腔道流动有旋均匀剪切流边界层流动和自由流射流和混合层。特别是。模型对圆口射流和平板射流模拟中，能给出较好的射流扩张角。大涡模拟湍流中包含了的涡旋有不同的时间和范围相当宽广的长度尺度。尺度是最小尺度，而平均流动的特征长度尺度般是最大长度尺度。的基本假设是动量能量质量及其他标量主要由大涡输运流动的几何和边界条件决定了大涡的特性，而流动特性主要在大涡中体现小尺度涡旋受几何和边界条件影响较小，并且各向同性，大涡模拟过程中，直接求解大涡，小尺度涡旋模拟，从而使得网格要求比直接数值模拟低。的控制方程是对方程在波数空间或者物理空间进行过滤得到的。过滤的过程是去掉比过滤宽度或者给定物理宽度小的涡旋，从而得到大涡旋的控制方程式中为亚网格应力。大涡模拟的基本思想是通过精确求解个尺度以上所有湍流尺度的运动，从而能够捕捉到许多非稳态，非平衡过程中出现的大尺度效应和拟序结构，同时又克服了直接数值模拟由于需要求解所有湍流尺度而带来的巨大计算开销的问题，因而被认为是最具有潜力的湍流数值模拟发展方向。本章小结本章主要介绍数值计算常用离散方法及湍流模型，为轿跑车数值计算提供理论指导。汽车外部流场比较复杂，因此对其进行数值模拟时须进行必要的假设。即假设空气不可压缩气流在充分发展区域无粘性以及忽略重力影响。汽车外流场的数值模拟过程实际上是求解连续性方程动量方程和能量方程三大基本控制方程的过程。而这三大控制方程均为偏分方程组，必须采用数值离散方法来获得其近似解。在求解计算中用得较多的数值方法有有限元法有限分析法及有限体积法。常用湍流流动模型包括单方程模型标准模型模型模型以及大涡模拟。实际求解中，选用什么模型的般原则是精度要高，应用简单，节省计算时间，同时也具有通用性。轿车外流场数值模拟几何模型的建立本文数值模拟的几何模型轿车图片通过三视图所建立的三维模型。首先找出轿车的三视图，通过描点法构造汽车曲线，再生成面。下图就是简化后的汽车车身模型。图在进行计算机仿真过程中，考虑到计算机硬件条件以及计算时间，运用对几何模型做了如下简化对表面局部凹凸作平滑处理，忽略车身外部后视镜车轮雨刮器等突起物不考虑车身底部凹凸。计算区域的确定为使来流均匀稳定，来流进口应距车身头部定距离，而为了使汽车尾流充分发展，车身尾部距出口应保持适当距离，以避免在计算过程中因计算区域过小产生回流。本研究设定的计算区域为车前方三倍车长，后方六倍车长，车上方为四倍车高，左右侧向各三倍车宽。网格的划分网格策略运用数值方法对控制方程进行求解，首先必须在空间区域上对控制方程进行离散，而后求解得到的离散方程组。而要在在空间区域上对控制方程进行离散，就必须使用网格。网格是离散的基础，离散后的物理量将储存于网格节点中，因此，网格在离散过程中有着至关重要的作用。对不同的问题进行数值求解时，所需要的网格形式也是不样的，但生网格的生成方法是基本致的。目前，网格主要分结构网格和非结构网格两大类。结构网格结构网格大多数的节点都具有相同数目的相邻节点，因此其节点空间分布总是体现出定的规律性，对离散方程的求解具有快速准确的特点。结构网格包括二维的四边形单元和三维的六面体单元等，对于三维模型，若能够生成高质量的六面体单元，无疑对计算精度和速度十分有益。但事实上对于复杂的模型，例如汽车模型，尤其是对带有车轮和底部比较复杂的模型而言很难生成高质量的六面体网格。非结构网格非结构网格的节点连接是不规则的，每个点的相邻点数目都过看图，图和图图并不能明显显示出不同车速的压力变化，但是仔细看图左侧的最高压力和最低压力可以得知，车速时最高压力为最低压力为。车速在时最高压力为最低压力为，通过对比可以明显看出车速提高的同时高压区大压力变得更高，低压区的压力变得更低。因为随着车速的提高车正面的冲击更大，所以车正面压力更高，车顶的表面流速更快所以低压更低。通过对比两图可以看出明显的差别在汽车后挡风玻璃处，车速在时的后挡风玻璃处的压力图上黄色区域明显比车速在时大，因而可以了解车速在时后挡风玻璃处的压力比的大，因为车速的提高，使得车身表面的流速加大，当空气流经车顶后经过车顶与后挡风的缘角后发生了脱离现象，而且车速越大分离现象越明显，该区域的正压力区就越大。车身尾部也出现同样状况，大多数气流高速流经车