汽车系统动力学第2版喻凡基本课件第4章节空气动力学基础.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第七节　汽车的空气阻力 1.形状阻力 形状阻力占压差阻力的大部分,主要与边界层流态和车身后端流体分离产生的尾涡有关。因而车身后端分离区尺寸的大小很大程度上决定了压差阻力的大小。如图4-21所示,在汽车迎风面积A相同的条件下,不同流速气流经过不同车身表面后获得的后端分离横截面面积Aa有很大的不同。 第七节　汽车的空气阻力 1.形状阻力 通常要尽量减小分离区,以使车身表面产生较小的真空区域,从而获得较小的压差阻力。后端边界层的“吸出效应”同样会使压差阻力显著降低。后端气流的分离经常受到后窗框、流水槽形式和位置、侧向通风孔及后盖箱的影响,因而要减小压差阻力就要精心设计这些部分。 第七节　汽车的空气阻力 2.内循环阻力 运动中汽车不仅被周围的空气所环绕,而且冷却总成和室内通风空调气流也会进出车辆。当冷却系统、发动机、驾驶室和乘员舱(图4-22)被气流环绕时,由于摩擦和车辆内部的湍流以及气流分离而产生阻力。内部阻力占空气阻力的3%~11%。 第七节　汽车的空气阻力 3.诱导阻力 诱导阻力是伴随压差阻力所产生的附加阻力。车体上、下空气压力的不同导致了横流,如图4-23所示。横向流动使得纵向涡流与顶部气流合并在一起,如图4-24所示。 第七节　汽车的空气阻力 4.摩擦阻力 由于空气黏性使其在车身表面产生切向力,它们在行驶方向的合力即为摩擦阻力。摩擦阻力由边界层内流体的黏性作用引起,大小等于黏滞摩擦力沿车身表面的积分。摩擦阻力对长车身的车型(如大客车)影响更大。 第七节　汽车的空气阻力 4.摩擦阻力 图4-25给出了作用在一辆具有良好空气动力学设计的客车上的总空气阻力。由图可见,车前部阻力较小,作用于后端的阻力相对较高,并且沿纵向其涡流阻力逐渐增加,其中涡流阻力主要是摩擦阻力。 第七节　汽车的空气阻力 5.侧向气流的影响 如果空气气流以一定角度绕车体流动,那么空气阻力系数会发生显著变化。图4-26所示为风向角对不同轿车的空气阻力系数值的影响。 第七节　汽车的空气阻力 5.侧向气流的影响 为了降低车辆的空气阻力,从而降低能耗,各大汽车制造商不遗余力地设法降低汽车空气阻力系数CD值。图4-28所示为近年来汽车空气阻力系数的发展。图中的统计数据表明,在1975年,CD=0.4~0.48;到1993年后,CD值降至0.3附近,充分显示了近20年来汽车空气动力学特性的发展及成就,使CD值降低了25%~40%。不同车型的现代轿车的空气阻力系数值见表4-2。其中,具有极好的空气动力学特性的欧宝Calibra轿车的CD值仅为0.26。 第七节　汽车的空气阻力 5.侧向气流的影响 第七节　汽车的空气阻力 5.侧向气流的影响 车型 CD 迎风面积A/m2 CDA/m2 雪铁龙2CV 0.51 1.65 0.85 大众Beetle 0.48 1.80 0.87 大众Polo 0.32 1.90 0.61 大众GolfⅢ 0.30 1.99 0.60 福特Mondeo 0.32 2.00 0.64 宝马5系(E39) 0.27 2.17 0.59 梅赛德斯奔驰S-class 0.31 2.38 0.74 欧宝 Calibra 0.26 1.90 0.49 表4-2　不同车型的现代轿车的空气阻力系数值 本章完 谢谢！ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第五节　对实际气流特性的考虑 第五节　对实际气流特性的考虑 由图4-11所示的风洞试验可知,只有在图中所示的扩散角α10°的情况下空气流才会膨胀并贴紧边界面。如果α过大,那么气流就会从风洞壁上脱离并伴有随机湍流生成。与飞机机身相比,车辆车身相对较短,且为非流线型体,因而上述现象常出现在车辆后部。图4-12a所示的烟雾流说明了这类的分离情况。尾流处的白色烟雾因湍流的混合而变得稀薄,从而尾流处的流线消失。 第五节　对实际气流特性的考虑 第五节　对实际气流特性的考虑 第六节　空气动力学试验 在研究车身这类非流线体特性时,空气动力学试验已成为一种标准方法。风洞测试中,可采用整车模型或比例模型进行试验,也可进行道路实车试验。通过模型试验确定设计车辆的空气动力特性,对某些设计环节或部件进行改进,完善设计。本节首先讨论风洞试验和雷诺数,然后介绍各种用于实车试验的测试技术,最后对空气阻力和力矩系数进行介绍,这些参数广泛应用于不同车辆的特性比较。 第六节　空气动力学试验 一、风洞试验 风洞试验首先要做出车辆模型,然后安装在风洞的人工流场中,用仪器测量作用在模型上的力和力矩,以及用喷烟或气