【《车轮气动阻力研究基础概述》1700字】

我国中小企业的技术创新研究车轮气动阻力研究基础概述目录TOC\o"1-2"\h\u30793车轮气动阻力研究基础概述 1113121.1汽车空气动力学的基础理论 194501.2关于Fluent的软件介绍 43481.3轮胎气动阻力的研究基础 51.1汽车空气动力学的基础理论1.1.1流体基础理论（1）层流和湍流层流与湍流是流体力学中非常基本的概念，简单来说，层流指的是流体在流动时，它会呈现比较有规律的一层一层的现象，它们之间就像是黄河与海水之间泾渭分明的样子，互不干涉。而湍流则与之相反，湍流是混乱的，也是无序的，流体力学也正因为有湍流才显得丰富。而在流体力学的研究与发展中，也逐渐开始从实验与理论中得到的数据中确定了湍流与层流的定义，可以这样定义，雷诺数2300以上为湍流，2300以下可以看作层流。一般来说生活中最常见的还是湍流，所以流体力学中针对这方面的研究还是较为多的。（2）雷诺数上面在介绍层流与湍流中提到了雷诺数这个概念，雷诺数并不是一个物理量，雷诺数是用来反应流体湍流状况的一个人为定义的数。按定义来看，指的是惯性力与粘性力之比。具体来说如公式2-1所示：Re=（3）边界层边界层也是流体力学中非常重要的概念，当流体在流动过程中，当碰到壁面的时候，与壁面接触的那层流体会因为摩擦力而受到减速的作用，而这层受到减速的流体又会影响到与它接触的另一层流体。随着流动的继续，渐渐的会有一层流体速度只有主流流体速度的99%，那层流体就是我们所讲的边界层。1.1.2计算流体力学和基本控制方程一、计算流体力学计算流体力学是由流体力学发展来的学科，它涵盖了计算机、物理和数学多门学科，及其考验个人的综合素质。它主要利用计算机，根据数学和物理的理论指导输入正确的参数来模拟流体的真实运动，节约了人力物力，而且每次实验都能及时的得到数据反馈，结束了以往风洞试验的准备时间过长，统计数据过于麻烦的时代，现在常用的CFD软件有OpenFOAM、Fluent等。它们的使用步骤大同小异，以Fluent来说：利用划分网格的软件（如ICEM、FluentMeshing）对模型建立起合适的网格。导入网格以后，对网格进行设置，包括检查网格、调整网格比例。在Fluent设置求解参数，包括选择求解器、湍流模型选择、流体材料选择、边界条件设置、参考值设置、设置监控点以及最后的求解计算。利用CFD-Post进行后处理，生成所需要的图像，如速度云图、压力云图、湍动能云图等。二、基本控制方程在流体研究中，人们需要从流体的微观角度对流体形态状况进行研究，将流体看成是由一个个微小的质点组成的，利用基本控制方程从能量、动量和质量三个角度出发，通过计算，研究每一个质点在某一刻某一点的物理量。最后再用这些质点来描述流场的运动状态，这也是N-S方程的作用，下面介绍一下不可压缩流体N-S方程质量、动量和能量守恒形式。质量守恒定律方程∂ρu动量守恒定律方程在x方向的公式如2-3所示：∂u在y方向的公式如2-4所示：∂v在z方向的公式如2-5所示：∂w（3）能量守恒定律方程不可压缩流体在运动中，由于几乎不产生能量损失，所以可以不考虑N-S能量方程的参与。1.2关于Fluent的软件介绍Fluent现在已经是ANSYS的一部分，它是应用最为广泛的流体软件之一，功能强大，操作较为简单，对刚入门的新手较为友好，具有较多的应用。Fluent自身带有各种材料和许多先进的湍流模型，能满足大部分用户的需求。就单以汽车领域来说，Fluent可以应用在汽车外流场领域、噪声问题、发动机计算以及车内通风系统模拟。Fluent使用步骤主要包括导入网格，进行基本参数设置，求解过程设置，求解结果设置。另外Fluent作为一款成熟的软件，计算收敛快，成像清晰，是它独特的特点。1.3轮胎气动阻力的研究基础（1）轮胎外流场在模拟仿真汽车外流场的实验中，一般把外流场当作是不可压缩流体的运动，所以在研究车的轮胎时我们依旧可以按照整车进行定义。把轮胎的外流场也当作能量不进行变化，受到不可压缩N-S方程控制的计算域。（2）数值模拟方法从参考文献中得知，目前对于汽车CFD的计算方法主要包括直接数值模拟和间接数值模拟。具体详情如下图2-1所示：数值模拟方法直接数值模拟图2-1（3）汽车气动阻力汽车在行驶过程中会受到阻力，汽车气动阻力和汽车行驶总阻力之间的关系如公式2-6所示：F总其中FGFKFPFP汽车在行驶中，气动阻力占据了极大一部分。当汽车速度增