空气动力学.docx

1、图示前翼两侧的竖直导流板，主要目的是阻止上下表面气流由于压差而导致的互动，避免尾翼产生的气动下压力的减小。另外，竖直导流板还可延迟和消弱前翼两端后部的尾涡，从而减小尾翼的诱导阻力。水滴在其易变形性、表面张力、重力和气动阻力作用下，在自由降落的过程中，形成气动阻力系数小至 0.04 的“水滴型” ，被看作为在空气中运动的具有最小气动阻力系数的物体外形。企鹅形体经海水千万年的精雕细琢，虽然并不具有像水滴那样显著地对称性，甚至还有一对无法完全隐藏起来的“翅膀” ，但在海水中游动时，阻力系数可小至 0.03，比水滴还小。柏林工业大学仿生学研究所的一份研究报告指出：企鹅的阻力系数比水滴小，主要是由于企鹅

2、横向截面的形状及其沿轴向的特殊的变化规律，能让海水在其前段表面流动时得到加速，而且边界层从层流转捩为湍流边界层的位置非常朝后。而水滴表面的气流边界层的分离位置也非常朝后，但边界层从层流转捩为湍流的位置相对比较靠前。而湍流边界层消耗的能量比较大，因此水滴的阻力系数会比企鹅的大。为什么水滴外表面的气流边界层从层流转捩为湍流的位置会相对靠前呢？因为均极易变形的空气与水的粘附非常紧密，而企鹅的外表面有层薄薄的油脂，这会减小海水与企鹅外表面之间的摩擦，从而延迟海水边界层从层流转捩为湍流的部位，使得湍流边界层的长度占总的边界层的比例相对比较小。将废气引入气流扩散器，利于提高其效能，也利于减小气动阻力，但会

3、因发动机转速的变化而会导致车后部“抽搐” ，增加发生过度转向的风险。发动机舱盖前低后高，从其上表面流过的气流的流速会比车速快，压力比较小；从进气格栅进入发动舱的气流，不易从舱内流出，流速比车速低，压力比较大。开设了那个“散热口” ，由于舱内气流压力比舱外大，舱内气流就会从发动机舱内快速流出，舱内压力也会因此变小。这将利于减小前轮的气动升力，同时由于舱内迎风表面承受的气流压力有所减小，这也利于减小车的气动阻力。四驱越野车车轮原地打滑，新手长时间深踩油门，也没开出来。期间挂抵挡，齿轮高速运转，车不动，没有气流吹过变速箱、分动器和差速器壳体，壳体内的油液得不到有效散热，因此当车救援出来后，专家建议应

4、更换这些（品质变差的）油液。德国一份研究报告指出，把轿车气动阻力系数从 0.29 降低到 0.2，省油的效果，相当于将车的重量减轻 100kg，而且成本比较低。但上述结论，是针对高速行驶的情形，而且车速越高， “减重”省油的效果更明显。低速行驶时，特别是像北京上下班高峰时段，减轻车重的省油效果则更明显，而低气动阻力系数的省油效果就不明显。这也就是很多品牌车都愿意花费很高成本，努力减轻车重的原因之一。有关具有最佳燃油经性和最低排放的发动机转速问题：对于任意一台乘用车汽油发动机，都存在一个很窄的转速范围，一般在 2000 rpm 附近，当发动机在这个转速范围内运行时，其燃油经性和排放性能最佳。其主

5、要原因在于，当发动机在这个转速范围内运转时，气缸的充气效率（充气系数/ volumetric efficiency）最高，气缸内混合气的密度比较大，这利于混合气快速和充分的燃烧，从而使发动机的燃油经济性和排放性能最好。转动的车轮与静止的车轮相比，转动的车轮背风一侧的负压比较小，静止的车轮背风一侧的负压明显比较大，而转动与静止的车轮迎风一侧的正压基本相同。因此，转动的车轮的气动阻力比静止不动的车轮的气动阻力小。一般来说，表面比较粗糙时，会促进物面气流边界层从层流转捩为湍流，从而会延迟气流的分离。这也就意味着，表面越光滑，并不利于延迟气流分离的发生。不过，表面越光滑，会减小气流的摩擦阻力，也增强了

6、轿车的外观魅力。对于流线型物体，摩擦阻力占总的气动阻力的比例比较大，压差阻力相对很小，因此物体的表面应尽可能地光滑，以减小总的气动阻力。对于非流线型物体，例如一辆轿车、一个球体或圆柱体，摩擦阻力所占比例比压差阻力小许多，因此，尽力延迟气流与物体表面的分离，降低压差阻力，对于降低总的气动阻力至关重要。高尔夫球表面的凹坑，虽然摩擦阻力有所增加，但却明显地降低了压差阻力，降低的比例，远大于摩擦阻力的增加量。轿车车身尾部造型可分为快背式（Fastback、斜背式） 、肩背式（Notchback、阶背式、折背式）和掀背式（Hatchback/Squareback、舱背式、直背式、溜背式、斜尾式等两厢车）

7、 。一般来说，快背式车身的气动阻力系数比较小，掀背式的则比较大，因为在其它条件一样的情况下，掀背式轿车尾部的气流涡流尺度和强度比较大。要冲刷掉节气门上的脏污和积碳，必须要有能够持续较长时间的强气流流经节气门。这就要求发动机带动着很大的负荷，也就是说，要有很大的力向后“拉”着轿车，这个力就是轿车的行驶阻力。轿车在高速路上高速行驶时，承受的气动阻力非常大，远大于滚动阻力，为了平衡强大的气动阻力，发动机必须持续地保持大的进气量。因此，只要轿车行驶足够长的一段时间，就会有强气流长时间地冲刷节气门。而在原地挂空档让发动机达到最高转速时，由于发动机没有负荷，只有一点喷油量就可维持发动机的高转速，此时的进气

8、量当然也很小，不能对节气门起到冲刷作用，当然也就不能清除掉节气门上的脏物和积碳。当风速（雷诺数）和风向一定时，物体的气动阻力系数可以看作为一个常数，它主要与物体的外观形状有关。风速很高时，物体背面的空气流场可能是一个具有一定随机性、不规则性和间歇性的湍流流场，这时，它的气动阻力系数实际上是一个随机变量的统计平均值。制动钳是外露的。使用合适的气坝，可以把气流导向制动钳。另，汽车底部越光滑，气流的流动就越顺畅，压强会变小，从而利于减小气动升力。适当设计的尾翼，在产生气动下压力的同时，由于改变了车尾的空气流场，一般还会在一定程度上减小气动阻力。把自行车固定在车顶上，气动阻力会小些。决定气动阻力的主要

9、因素是车尾的涡流强度。将自行车固定在车顶，不会对车尾的涡流强度有大的影响，而将自行车固定在车尾，则会进一步“搅乱”车尾的空气流场，这会增加越野车的压差阻力。空气可以通过空调空滤引入前排。如果不引入空气，将会在前排，特别是副驾驶座乘员的头部附近形成强的涡流，这不但让乘员脸部感到不适，也会弄乱女乘员的发型。引入空气后，一方面避免了强涡流的形成，同时还会让前部乘员感到流速适中的气流的凉爽。对于车身这样的外观形状比高尔夫球复杂许多的非流线型物体，情形比高尔夫球要复杂。但一般来说，在车身后部气流容易发生分离的区域，粘贴上粗糙带（促进边界层气流的流态从层流转捩为湍流的技术措施之一） ，是能够在一定程度上延

10、迟边界层气流的分离，从而减小气动阻力。已经有车这样做了。但这么做的话，不利车身表面保持洁净。与大楼背风侧容易形成强涡流的原理一样，敞篷轿车挡风玻璃后的前排区域，也容易产生很强的空气涡流，这是因为轿车高速行驶时，前挡风玻璃后形成的负压导致的。如在前排下方引入空气，减小或消除前排区域的负压，便可抑制或消除前排困扰乘员的空气涡流。对气动阻力系数的影响不大，影响比较大的是车尾扰流器。不管是尾翼或车尾扰流器，一般都不会增加气动阻力。大众公司在风洞中做的对比试验表明，加装车尾扰流器后，不但会显著地减小轿车的后轴（轮）气动升力系数，车的气动阻力系数也有了减小。该实验反映的是粘性气流在平板上的湍流流动，支配流

11、动过程的是非线性的纳维-斯托克斯（N-S）方程。从实验结果的动画显示可以观察到，分离后的气流的运动形态表现出明显的随机性。这表明，平板表面附近的气流湍流场中，空气微团的各个物理量是时间和空间的随机变量。湍流运动形态的随机性主要是由于湍流运动的内在非线性机制，当然，来自外部边界条件的各种扰动和激励也有一定的影响。动画中呈现的分离气流流动的随机性说明，确定性的 N-S 方程组描述的气流湍流运动，是一个受非线性惯性力作用的耗散系统，在确定性的边界条件下，系统的响应可能会发生多次非线性分叉而表现出一定的随机性。这只是一个初步的解释。从发动机舱盖上表面（外表面）流动的气流，由于舱盖前低后高，气流的流速会

12、车速快。从进气格栅进入发动舱的气流，不易从舱内流出，流速会比车速低，如果不开设那个“散热口” ，发动机舱盖就会受到一个朝上的力的作用，这会增大前轮的气动升力。如果开设了那个“散热口” ，由于舱盖上表面的气流流动得快，压力比较小，而舱内的气流压力比较大，这样舱内的气流就会从发动机舱内快速流出，带来的好处，首先是减小了前轮的气动升力（相当于对前轮产生了下压力） ，同时，由于发动机舱内迎风的表面承受的气流压力减小了，这也就在一定程度上减小了车的气动阻力（系数） 。两厢车，例如，高尔夫、福克斯、世嘉及各种 SUV 和小面等乘用车，在车尾后挡风玻璃上，都设置了一个雨刷，这主要是因为，在汽车以较高的车速行

13、驶时，在车身尾部后挡风玻璃附近会形成一个很强很大的顺时针空气气流旋涡，这个旋涡的出现，在雨天时，会在后挡风玻璃上形成一层水膜，也就是说，雨水被吸附在挡风玻璃上下不来，这会严重影响驾驶员的后视视野。另外，由于这个旋涡的存在，极易把灰尘吸附在后挡风玻璃上。为了确保驾驶员的后视视野，就设置一个雨刷，确保后挡风玻璃的透明和洁净。车顶的鲨鱼鳍天线，还相当于一个空气动力学附件，起着涡流发生器的作用。当轿车高速行驶时，鲨鱼鳍天线可以迫使紧贴车顶表面流动的空气气流边界层，在车顶后部从层流转为湍流，湍流边界层具有较饱满的速度型，具有较大的抵抗逆压梯度的能力，这些都有有助于延迟气流的分离，从而减小压差阻力。轿车车

14、顶后部的鲨鱼鳍天线，与传统的伸缩天线、鞭型天线、玻璃天线不同，属先进的电子天线，兼容 GPS 和 GSM 天线等各种汽车电子器件，不但增强了时尚、动感、流畅、炫动、简洁精致的外观品位，还具有防静电和防灰尘的功能。鲨鱼鳍天线可形成独特电场，通过尖端放电原理，将静电释放到空气中，有效减少车体附着灰尘、污垢，减少音响杂音等。与光滑表面的高尔夫球相比，具有 500 多个凹坑（麻面）的高尔夫球表面上的空气气流边界层，较早地从层流转捩为湍流，湍流的横向输运特性使湍流边界层具有较饱满的速度型，具有较大的抵抗逆压梯度的能力，使气流不易发生分离，这就延迟了气流在高尔夫球表面的分离，分离尾迹也比较小。1.轿车停放

15、着，可观察到与路面接触的轮胎有变形，这是车轮负荷（轿车重量对车轮的作用力）的作用效果。2.轮胎的变形是一种粘弹性变形，其含义是，轮胎滚动时，轮胎各个部分交替地发生弹性变形，与此同时，轮胎（橡胶）材料内部也活跃着内摩擦作用，这种内摩擦作用，将消耗发动机的部分输出功率（驱动力） ，消耗的功率则转化热，表现为轮胎温度的升高，这便是轮胎的迟滞能量损耗（hysteresis energy loss） 。轮胎的迟滞能量损耗是导致轮胎滚动阻力的主要原因。3.车轮滚动阻力为什么会随车速的增大而增大呢？因为车速增加时，虽然轿车气动升力一般会有所增加，导致车轮负荷有所减小，轮胎的变形量也有所减小，这会减小轮胎的滚

16、动阻力。但与此同时，车速的增加，意味着车轮转速增加，也意味着轮胎各部分交替地发生粘弹性变形的频率增大，轮胎内摩擦迟滞作用的强度（粘弹性材料发生交替变形的速率）也增大，因此消耗的能量增多。大量的实验表明，前者（气动升力的减小）对滚动阻力的减小量，不及后者（轮胎交替粘弹性变形频率的增加）对滚动阻力的加大量，从而导致轮胎滚动阻力随车速的增大而有所增大。1. 车轮不转动时，轮胎只发生径向变形，变形相对通过轮轴的垂直平面（简称 H-平面）对称。驱动轮被驱转动时，轮胎的变形可分解径向和切向变形。切向变形相对 H-平面是不对称的，在轮胎与路面接触区域的前端有轮胎材料因挤压变形而外凸，它是引起滚动阻力的主要原因。2. 比较企鹅和水滴的流体阻力系数时，海水和空气密度的不同，在阻力计算公式中有所考虑，它们的粘性的不同，则主要体现在边界层的流态的差异上了。3. 即便是具有非常好的流线型的轿跑车，由于功能的要求，其外形基本都属钝体，与完美的流线型的偏差很大。尾翼和扰流器的作用，都是为了减小气动升力或额外产生气动下压力。合理地设计调试后，他们还会在一定程度上有助于减小气动阻力。4. 顾名思义， “气坝”的作用，就是阻止气流的流动。一方面，气坝阻止气流冲击车轮，并减少进入到车身底部的气流；另一方面，气坝可将气流导向前轮制动器，提高制动器风冷效果。