阻力系數(shù)的案例
三十五、Fluent阻力系數(shù)問(wèn)題
</strong><strong style="color: rgb(0, 0, 0);">阻力系數(shù)定義</strong></p><p> </p><p>阻力系數(shù)：阻力系數(shù)常表示為Cd是流體力學(xué)中的無(wú)因次量，用來(lái)表示物體在流體（例如水或是空氣）中的阻力。阻力系數(shù)和物體的形狀及其表面特性有關(guān)。 </p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy8NTEtykZR0mUibicGOJJTcpmMHTkdu1BpAst9QMLxmWbFC4uWHU1jET6r5gtgVH9s181MVyYz29RvQ/640?wx_fmt=png" width="122" style=""> </p><p>式中，</p><p>Cd：阻力系數(shù)</p><p>F ：阻力（阻力與來(lái)流速度方向相同）</p><p>pd ：動(dòng)壓，pd=ρv*v/2 (ρ為空氣密度，v為氣流相對(duì)于物體的流速）</p><p>A ：參考面積（飛機(jī)一般選取機(jī)翼面積為參考面積）</p><p><br></p><p><br></p><p>在fluent幫助文件中，The force coefficient is defined as force divided by 1/2ρv2A，where ρ，v，A and are the density，velocity，and area。fluent中的定義與上述定義相同。</p><p><br></p><p>阻力及阻力系數(shù)有方向之分，為流動(dòng)主流方向，其他方向的阻力很小。設(shè)置時(shí)需要指定阻力及阻力系數(shù)的方向。</p><p><br></p><p><strong>2.
展開(kāi) 二維翼型升阻力系數(shù)、翻轉(zhuǎn)阻力系數(shù)計(jì)算 ￥20
本案例計(jì)算了二維翼型升阻力系數(shù)、翻轉(zhuǎn)力矩系數(shù)，計(jì)算的結(jié)果文件中包含有完整的設(shè)置(都在case文件中)，適合需要計(jì)算翼型升阻力、升阻力系數(shù)、翻轉(zhuǎn)力矩、翻轉(zhuǎn)力矩系數(shù)的同學(xué)下載學(xué)習(xí)。
理論計(jì)算和CFD計(jì)算對(duì)比及不同參考值設(shè)定對(duì)阻力系數(shù)的影響-ujs
針對(duì)同一個(gè)例子，采用理論數(shù)值計(jì)算和CFD仿真計(jì)算來(lái)對(duì)比分析了二者計(jì)算的結(jié)果，并對(duì)比分析了不同湍流模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響和數(shù)值理論計(jì)算的誤差，從而為以后的CFD計(jì)算提供相應(yīng)的參考模型；在確定誤差較小的湍流模型的基礎(chǔ)上，分別設(shè)置不同的參考值來(lái)計(jì)算阻力系數(shù)，期望能夠的阻力系數(shù)以及升力系數(shù)的監(jiān)測(cè)提供更進(jìn)一步的支持，能夠和大家多多交流。
在這過(guò)程中感謝大家對(duì)我的幫助。
同時(shí)，該帖子也算是對(duì)http://forums.caenet.cn/showtopic-527454.aspx和http://forums.caenet.cn/showtopic-522864.aspx的解答和補(bǔ)充。
由于帖子內(nèi)容完全由自己的體會(huì)所寫(xiě)，如有錯(cuò)誤的地方，請(qǐng)閱讀附件內(nèi)容之后明確指出，
一起學(xué)習(xí)進(jìn)步！
理論計(jì)算和CFD計(jì)算對(duì)比及不同參考值設(shè)定對(duì)阻力系數(shù)的影響.pdf
展開(kāi) starccm無(wú)人機(jī)生阻力系數(shù)仿真計(jì)算 ￥12
</p><p>收斂曲線</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/c640d0a2f09f224d75ee52d75d12cd8e.png"></p><p>圖11? 升力阻力收斂曲線</p><p>升力：5.37</p><p>阻力：1.45</p><p>升阻比：3.703</p><p>4.4? 升力系數(shù)</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/a329ca794f04f2133cf8b52b02db80fc.png"></p><p>圖12? 升力系數(shù)設(shè)置</p><p>升力系數(shù)收斂曲線，最終系數(shù)為10.74</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/76ea70ee4141ae8ececb18cff485b521.png"></p><p>圖13? 升力系數(shù)收斂曲線</p><p>4.5? 阻力系數(shù)</p><p>設(shè)置如下圖所示</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/25983c85b3d7b8a8e92ce1f5c180aecc.png"></p><p>圖14? 阻力系數(shù)設(shè)置</p><p>阻力系數(shù)為2.89</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202410/4b56de3deafa123d16760ac97cddb38e.png"></p><h1>圖15? 阻力系數(shù)收斂曲線</h1><p><br></p>
展開(kāi) 
基于ADINA的汽車(chē)空氣阻力系數(shù)計(jì)算
基于ADINA的汽車(chē)空氣阻力系數(shù)計(jì)算
導(dǎo)入汽車(chē)模型
是為了演示空氣阻力系數(shù)的計(jì)算方法。首先導(dǎo)入一個(gè)汽車(chē)模型，如下圖所示，此汽車(chē)模型是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的。
點(diǎn)擊菜單ADINA-M>Import Parasolid Model，導(dǎo)入car_simple.x_t。
建立流場(chǎng)空間
點(diǎn)擊菜單ADINA-M>Define Body，如下圖所示建立一個(gè)立方體。
點(diǎn)擊菜單ADINA-M>Boolean Operator，如下圖所示用第二個(gè)body減去第一個(gè)body，剪完之后剩下的部分就是真正的流場(chǎng)空間。注意，目前只有parasolid體才可以做布爾運(yùn)算。
進(jìn)入流體模塊，進(jìn)行設(shè)置
在功能選擇模塊做如下設(shè)置，進(jìn)行流場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算。
點(diǎn)擊菜單Model>Flow Assumptions，在打開(kāi)的窗口中做如下設(shè)置，表示三維模型、不考慮熱、采用SA湍流模型。
定義材料
點(diǎn)擊菜單Model>Materials>Manage Materials，在打開(kāi)的窗口中點(diǎn)擊Spalart-Allmaras Model，定義一個(gè)SA湍流模型的材料。僅輸入粘度和密度就可以，其它參數(shù)均采用默認(rèn)值。
展開(kāi) 閥門(mén)通徑和介質(zhì)流速之間的關(guān)系，你知道多少？
2
各種介質(zhì)常用流速一覽表
注：
●DN值的單位為：mm
●P值的單位為：MPa
●閘閥的阻力系數(shù)小，僅在0.1～1.5的范圍內(nèi)
●口徑大的閘閥，阻力系數(shù)為0.2～0.5
●縮口閘閥阻力系數(shù)大一些
●截止閥的阻力系數(shù)比閘閥大得多，一般在4～7之間。Y型截止閥（直流式）阻力系數(shù)最 小，在1.5～2之間
●鍛鋼截止閥阻力系數(shù)最大，甚至高達(dá)8
●止回閥的阻力系數(shù)視結(jié)構(gòu)而定：旋啟式止回閥通常約為0.8～2，其中多瓣旋啟式止回閥的阻力系數(shù)較大
●升降式止回閥阻力系數(shù)最大，高達(dá)12
●旋塞閥的阻力系數(shù)小，通常約為0.4～1.2
●隔膜閥的阻力系數(shù)一般在2.3左右
●蝶閥的阻力系數(shù)小，一般在0.5以內(nèi)
●球閥的阻力系數(shù)最小，一般在0.1左右
上述閥門(mén)的阻力系數(shù)是閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的數(shù)值
展開(kāi) 閥門(mén)通徑和介質(zhì)流速之間的關(guān)系，你知道多少？
2
各種介質(zhì)常用流速一覽表
注：
●DN值的單位為：mm
●P值的單位為：MPa
●閘閥的阻力系數(shù)小，僅在0.1～1.5的范圍內(nèi)
●口徑大的閘閥，阻力系數(shù)為0.2～0.5
●縮口閘閥阻力系數(shù)大一些
●截止閥的阻力系數(shù)比閘閥大得多，一般在4～7之間。Y型截止閥（直流式）阻力系數(shù)最 小，在1.5～2之間
●鍛鋼截止閥阻力系數(shù)最大，甚至高達(dá)8
●止回閥的阻力系數(shù)視結(jié)構(gòu)而定：旋啟式止回閥通常約為0.8～2，其中多瓣旋啟式止回閥的阻力系數(shù)較大
●升降式止回閥阻力系數(shù)最大，高達(dá)12
●旋塞閥的阻力系數(shù)小，通常約為0.4～1.2
●隔膜閥的阻力系數(shù)一般在2.3左右
●蝶閥的阻力系數(shù)小，一般在0.5以內(nèi)
●球閥的阻力系數(shù)最小，一般在0.1左右
上述閥門(mén)的阻力系數(shù)是閥門(mén)全開(kāi)狀態(tài)下的數(shù)值
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展開(kāi) Autoform在拉延筋快速修磨中的應(yīng)用 附Autoform+材料庫(kù)下載
當(dāng)兩種問(wèn)題同時(shí)存在時(shí)，是無(wú)法只通過(guò)對(duì)模具的整體調(diào)節(jié)（調(diào)整壓邊力、改變模具與板料的摩擦系數(shù)等）來(lái)排除缺陷的，必須調(diào)整拉延筋，才有可能排除這兩種缺陷。
Autoform仿真模擬為局部位置的拉延筋處理提供了一個(gè)有效的方法來(lái)較直觀地判斷處理效果，同時(shí)也為處理過(guò)程提供了方法依據(jù)。設(shè)置拉延筋比增大壓邊力的調(diào)整更加靈活，可以根據(jù)需要設(shè)置拉延筋形狀及阻力系數(shù)，如圖7所示。合適的拉延筋狀態(tài)是沖壓件拉延工序產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)得到保證的重要前提。
圖7 調(diào)整后的拉延筋形狀及阻力系數(shù)
調(diào)整拉延筋各段阻力系數(shù)后，再次進(jìn)行仿真模擬，得到的結(jié)果如圖8所示。從新的模擬結(jié)果及過(guò)程動(dòng)畫(huà)中可以看出，拉裂缺陷消除，零件各部分的進(jìn)料速度趨于均勻，張拉不充分的面積明顯消失，零件的強(qiáng)度得到了提高，成形過(guò)程中的起皺消失，說(shuō)明該調(diào)整是合理的。
圖8 拉延筋調(diào)整后的模擬結(jié)果
4. 拉延筋改良的現(xiàn)場(chǎng)操作
將圖7中拉延筋的形狀及阻力系數(shù)應(yīng)用在實(shí)際模具上，拉延筋分布位置如圖9所示。根據(jù)阻力系數(shù)的不同確定各位置拉延筋高度。
圖9 拉延筋分布位置
模型仿真結(jié)果如圖10所示，存在開(kāi)裂問(wèn)題。在成形過(guò)程中開(kāi)裂位置材料流動(dòng)阻力過(guò)大，導(dǎo)致材料塑性變形因超過(guò)其延伸率而造成開(kāi)裂。由于開(kāi)裂位置成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形深度較深，該位置壓邊圈垂直于材料流動(dòng)方向設(shè)置有阻力系數(shù)為0.5的均勻拉延筋，拉延筋對(duì)材料法向產(chǎn)生流動(dòng)阻力，該法向阻力是影響材料流動(dòng)性的重要因素。根據(jù)分析，開(kāi)裂位置所需材料由區(qū)域A材料流動(dòng)補(bǔ)充，由于該區(qū)域受到的拉延筋阻力過(guò)大，造成材料因流動(dòng)性差而出現(xiàn)開(kāi)裂。減小區(qū)域A拉延筋阻力系數(shù)會(huì)增加材料在該區(qū)域的流動(dòng)性，產(chǎn)品開(kāi)裂狀態(tài)會(huì)有所改善。根據(jù)分析，減小該位置仿真模型拉延筋阻力系數(shù)至0.35。
展開(kāi) 空氣動(dòng)力學(xué)在汽車(chē)造型設(shè)計(jì)中的運(yùn)用
后風(fēng)窗斜度
后風(fēng)窗斜度（后風(fēng)窗弦線與水平線的夾角）對(duì)氣動(dòng)阻力影響較大，對(duì)斜背式轎車(chē)，斜度等于30時(shí)，阻力系數(shù)最大；斜度小于30時(shí)，阻力系數(shù)較小。
后擋風(fēng)玻璃的傾斜角控制在25度之內(nèi)。
尾窗與車(chē)頂?shù)膴A角介于28至32度時(shí)，車(chē)尾將介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定的邊緣。
2.尾部造型式樣
典型的尾部造型有斜背式、階背式、方（平）背式。由于具體后部造型與氣流狀態(tài)的復(fù)雜性，一般很難確切的斷言或部造型式樣的優(yōu)劣。但從理論上說(shuō)，小斜背（角度小于300）具有較小的氣動(dòng)阻力系數(shù)。
3.車(chē)尾高度
流線型車(chē)尾的轎車(chē)存在最佳車(chē)尾高度，此狀態(tài)下，氣動(dòng)阻力系數(shù)最小。此高度需要根據(jù)具體車(chē)型以及結(jié)構(gòu)要求而定。
4.后車(chē)體的橫向收縮
一定程度的后車(chē)體的橫向收縮對(duì)降低氣動(dòng)阻力系數(shù)有益，但過(guò)多的收縮會(huì)引起氣動(dòng)阻力系數(shù)的增加。收縮程度受具體車(chē)型而定。
5.車(chē)尾形狀
車(chē)尾最大離地間隙越大，車(chē)尾底部的流線越不明顯，則氣動(dòng)升力越小，甚至可以產(chǎn)生負(fù)升力。
三、車(chē)身底部對(duì)對(duì)氣動(dòng)阻力的影響主要因素有：車(chē)身底部離地高度、縱傾角、曲率、擾流器
車(chē)身底部離地高度
一般隨車(chē)身底部離地高度的增加氣動(dòng)阻力系數(shù)上升，但高度過(guò)小，將增加氣動(dòng)升力，影響操作穩(wěn)定性及制動(dòng)性。另外離地高度的確定還要考慮汽車(chē)的通過(guò)性與汽車(chē)中心高度。
2.車(chē)身底部縱傾角
車(chē)身底部縱傾角對(duì)氣動(dòng)阻力影響較大，縱傾角越大，氣動(dòng)阻力系數(shù)越大，故底板應(yīng)盡量具有負(fù)的縱傾角。
將汽車(chē)底板做成前底后高的形狀對(duì)減小氣動(dòng)升力有用。
3.車(chē)身底板的曲率
縱向曲率：適度的縱向曲率可以減小壓差阻力。
橫向曲率：適度的橫向曲率可以減小氣動(dòng)升力。
4.擾流器對(duì)氣動(dòng)阻力的影響
前擾流器（車(chē)底前部）：適當(dāng)?shù)那皵_流器高度和位置對(duì)減小氣動(dòng)阻力非常重要。
展開(kāi) 吹個(gè)風(fēng)洞，高爾夫球表面為什么坑坑洼洼
她做過(guò)CFD模擬，發(fā)現(xiàn)凹坑能減小空氣阻力，讓高爾夫球飛得更遠(yuǎn)。于是，就信誓旦旦整了這么一出，真抽象，據(jù)說(shuō)到最后也沒(méi)有測(cè)出高爾夫球飛得遠(yuǎn)阻力小，哈哈哈。
嗯，果然不太聰明！在室外做這種試驗(yàn)，干擾因素太復(fù)雜。
這年頭家里總會(huì)備個(gè)風(fēng)洞，阻力誰(shuí)大誰(shuí)小，吹吹試試。這是一個(gè)光滑小球。這是一個(gè)同等大小表面帶凹坑的球。
將兩球固定在水平軌道上，跨過(guò)中間的定滑輪用細(xì)線連接，吹風(fēng)后，兩球在空氣阻力作用下做拔河比賽，誰(shuí)受的阻力大，誰(shuí)就將順風(fēng)移動(dòng)，另一個(gè)則頂風(fēng)向前。
最后套上透明桌布，保證通道內(nèi)空氣流量不變。為了避免兩球太近，彼此干擾流場(chǎng)，所以前后錯(cuò)開(kāi)一段距離。
開(kāi)機(jī)。輕松得出結(jié)果！光球被吹到了后面，說(shuō)明其風(fēng)阻大，而高爾夫球被拉到了前方，說(shuō)明其風(fēng)阻比光球小。
會(huì)是因?yàn)榍昂笪恢迷騿幔繉⒊跏嘉恢谜{(diào)換，仍然，高爾夫球迎風(fēng)向前。
這就輕松證明了高爾夫球的凹坑，確實(shí)可以減小空氣阻力。但直覺(jué)上你會(huì)不會(huì)覺(jué)得光球的阻力小才對(duì)？今天實(shí)驗(yàn)如此順利，經(jīng)常看我視頻的觀眾肯定知道這不正常。
是的，其實(shí)我打印了好幾個(gè)小球，也吹出了光球阻力小的情況。事實(shí)上，光球和高爾夫球的阻力誰(shuí)大誰(shuí)小是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，和高爾夫球表面坑的大小、深淺，以及空氣速度都息息相關(guān)。
澳大利亞墨爾本大學(xué)的研究人員用市面常見(jiàn)的8個(gè)牌子的高爾夫球，在專業(yè)的工業(yè)級(jí)風(fēng)洞做了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得阻力系數(shù)。
速度較低時(shí)，比如風(fēng)速20米每秒以下，高爾夫球阻力系數(shù)普遍高，當(dāng)風(fēng)速繼續(xù)增加，8個(gè)高爾夫球阻力系數(shù)分別下降，到30m/s左右的時(shí)候，所有高爾夫球阻力系數(shù)都降到了光球以下。
這個(gè)阻力系數(shù)的下降在流體力學(xué)中叫“阻力危機(jī)”。是由于風(fēng)速增大讓球表面空氣流動(dòng)分離延遲導(dǎo)致的阻力系數(shù)下降的反直覺(jué)現(xiàn)象。
展開(kāi) 極大規(guī)模整車(chē)氣動(dòng)數(shù)值模擬——構(gòu)筑數(shù)字風(fēng)洞基礎(chǔ)框架
注:這里采用6億網(wǎng)格主要是為了驗(yàn)證大規(guī)模計(jì)算能力，在小規(guī)模網(wǎng)格的算例中我們也得到了與實(shí)驗(yàn)基本吻合的阻力系數(shù)。
1.2 速度場(chǎng)：
圖1 Ahmed車(chē)模瞬時(shí)速度云圖。后背角為25°，來(lái)流速度40m/s。
圖1中給出了流場(chǎng)完全發(fā)展后的速度場(chǎng)瞬態(tài)云圖，可以看到車(chē)模表面進(jìn)行了更為精細(xì)的網(wǎng)格加密。
1.3 阻力系數(shù)：
圖2 Ahmed車(chē)模阻力系數(shù)隨時(shí)間的變化。后背角為25°，來(lái)流速度40m/s。
可以看到，我們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的很好。表1給出了我們的阻力系數(shù)與Fluent、PowerFlow等商業(yè)軟件的比較，可以看到我們的計(jì)算誤差最小。同時(shí)也可以看出，PowerFlow與我們的結(jié)果明顯好于Fluent計(jì)算結(jié)果，這也間接說(shuō)明LBM方法在車(chē)模計(jì)算中是優(yōu)于FVM方法的。
表1 Ahmed車(chē)模阻力系數(shù)比較。后背角為25°，來(lái)流速度40m/s。
（2）實(shí)車(chē)仿真
2.1 網(wǎng)格規(guī)模：網(wǎng)格規(guī)模6.7億，采用了8層網(wǎng)格加密，其中汽車(chē)表面附近做了3層網(wǎng)格加密，能更好的捕捉汽車(chē)幾何特征以及汽車(chē)前后緣的大速度梯度等特征。并行規(guī)模約46.8萬(wàn)核（含主核與從核）。
2.2 速度場(chǎng)：
圖3 某實(shí)車(chē)模型瞬時(shí)速度云圖。來(lái)流速度40m/s。
圖中給出了流場(chǎng)完全發(fā)展后的速度場(chǎng)瞬態(tài)云圖，可以看到車(chē)模表面進(jìn)行了更為精細(xì)的網(wǎng)格加密。
2.3阻力系數(shù)：
圖4 某實(shí)車(chē)模型阻力系數(shù)隨時(shí)間的變化。來(lái)流速度40m/s。
可以看到，流場(chǎng)完全發(fā)展后，某實(shí)車(chē)模型阻力系數(shù)約為0.258。
四、特點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)網(wǎng)格自適應(yīng)：網(wǎng)格自適應(yīng)加密是本應(yīng)用的主要特點(diǎn)。通過(guò)網(wǎng)格自適應(yīng)，可以對(duì)幾何外形復(fù)雜的區(qū)域以及流場(chǎng)變化劇烈的地方著重加密。
展開(kāi) 
漢航車(chē)輛性能測(cè)試之滑行測(cè)試模塊
在測(cè)試條件設(shè)置區(qū)，可輸入車(chē)輛基準(zhǔn)質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量、大氣壓力、測(cè)試環(huán)境溫度等關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)境校正，消除大氣條件、溫度等環(huán)境因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；針對(duì)阻力系數(shù)計(jì)算，系統(tǒng)內(nèi)置二次回歸結(jié)合最小二乘法算法，自動(dòng)基于基準(zhǔn)速度點(diǎn)的滑行時(shí)間與速度數(shù)據(jù)，解析和計(jì)算數(shù)據(jù)得到道路阻力系數(shù)a、b、c，生成完整的道路阻力模型F=a+bv+cv2。
界面核心區(qū)域?yàn)榻Y(jié)果展示區(qū)，清晰呈現(xiàn)阻力系數(shù)、統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度、往返平均時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)偏差、阻力系數(shù)等核心指標(biāo)；此外，軟件具有曲線擬合功能，可自動(dòng)繪制F-V（阻力-速度）趨勢(shì)線，直觀呈現(xiàn)阻力隨速度的變化規(guī)律，幫助工程師快速評(píng)估車(chē)輛行駛阻力特性。
針對(duì)報(bào)告生成需求，漢航NTS.LAB軟件支持一鍵報(bào)告生成，系統(tǒng)自動(dòng)基于分析結(jié)果生成合規(guī)的測(cè)試報(bào)告，報(bào)告包含測(cè)試參數(shù)、原始數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、阻力模型、趨勢(shì)曲線等完整內(nèi)容，可直接用于產(chǎn)品研發(fā)、法規(guī)認(rèn)證等場(chǎng)景，大幅提升測(cè)試成果轉(zhuǎn)化效率。
結(jié)語(yǔ)：
相較于傳統(tǒng)滑行測(cè)試方案，漢航憑借“硬件高精度+軟件智能化+全流程標(biāo)準(zhǔn)化”的核心優(yōu)勢(shì)，為車(chē)企提供更高效、更精準(zhǔn)、更便捷的測(cè)試服務(wù)，其核心優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是全場(chǎng)景適配能力，依托Hunter Mobile硬件的便攜性與抗干擾性，可在試車(chē)場(chǎng)、公共道路、實(shí)驗(yàn)室等多場(chǎng)景開(kāi)展測(cè)試，適配燃油車(chē)、電動(dòng)車(chē)、商用車(chē)等多車(chē)型需求；二是高效化測(cè)試流程，從參數(shù)設(shè)置、測(cè)試實(shí)施到數(shù)據(jù)分析、報(bào)告生成，全流程自動(dòng)化完成，大幅縮短測(cè)試周期，降低人工成本；三是精準(zhǔn)化數(shù)據(jù)輸出，依托高采樣率硬件與智能化算法，阻力系數(shù)計(jì)算精度可達(dá)行業(yè)領(lǐng)先水平，測(cè)試報(bào)告完全符合國(guó)標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，為車(chē)輛研發(fā)與認(rèn)證提供可靠數(shù)據(jù)支撐。
在應(yīng)用價(jià)值上，漢航滑行測(cè)試解決方案可廣泛應(yīng)用于車(chē)輛動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化、續(xù)航里程精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、底盤(pán)調(diào)校、法規(guī)認(rèn)證等核心場(chǎng)景。
展開(kāi) 技術(shù) | 汽車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)漫談
汽車(chē)低速行駛或風(fēng)不大時(shí)，我們總是很難注意到空氣與車(chē)輛的相互作用；但是高速行駛或異常大風(fēng)時(shí)，空氣阻力（空氣對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的作用力）對(duì)汽車(chē)的加速性能、行駛穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有巨大的影響。
空氣動(dòng)力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，主要研究物體與氣體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力特性、氣體流動(dòng)規(guī)律以及伴隨發(fā)生的物理化學(xué)變化。空氣動(dòng)力學(xué)在航空、航天、汽車(chē)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
近幾十年來(lái)，汽車(chē)設(shè)計(jì)不同程度的考慮了空氣動(dòng)力學(xué)，汽車(chē)制造商們也進(jìn)行了各種各樣的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，試圖使“空氣墻”更容易被穿過(guò)。
在了解空氣動(dòng)力學(xué)如何應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)之前，先了解一下“風(fēng)阻系數(shù)（Cd）”。
風(fēng)阻系數(shù)（Cd）
風(fēng)阻系數(shù)（Cd）是衡量汽車(chē)空氣阻力的數(shù)值。
汽車(chē)以110公里/小時(shí)的車(chē)速行駛時(shí)，空氣對(duì)汽車(chē)的阻力比60公里/小時(shí)車(chē)速行駛時(shí)多出四倍。通常使用風(fēng)阻系數(shù)來(lái)衡量汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)能力。簡(jiǎn)單來(lái)講，風(fēng)阻系數(shù)越低，汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)相對(duì)更佳，也更容易通過(guò)“空氣墻”。
一起來(lái)看幾個(gè)阻力系數(shù)值。
記得上世紀(jì)70和80年代方方正正的Volvo汽車(chē)嗎，比起Volvo960轎車(chē)0.36的阻力系數(shù)，而較新的Volvo汽車(chē)比如S80轎車(chē)就可以達(dá)到了0.28的阻力系數(shù)。
這是為什么呢？
我們來(lái)看看大自然中空氣動(dòng)力學(xué)性能最佳的物體——水滴。水滴各個(gè)面都是均勻光滑的，并且從底部到頂部逐漸變細(xì)。當(dāng)其墜落到地面的過(guò)程中，空氣流動(dòng)順暢。汽車(chē)也一樣—光滑圓潤(rùn)的車(chē)身使得空氣流過(guò)車(chē)身表面時(shí)的“推力”大大減小。
如今大多數(shù)的轎車(chē)達(dá)到了約0.30的阻力系數(shù)。SUV由于容量比較大，能容納更多的人，而且通常需要更大的進(jìn)氣格柵以提升發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻性能，所以阻力系數(shù)通常為0.30-0.40或者更高。皮卡，出于用途而特意設(shè)計(jì)為方方正正的形狀，阻力系數(shù)通常為0.40及以上。
那么阻力系數(shù)和燃油經(jīng)濟(jì)性又有什么關(guān)系呢？
展開(kāi) 高速的風(fēng)，把火車(chē)吹成了水滴的形狀
很低的速度行駛時(shí)，火車(chē)受到的空氣阻力相比機(jī)械阻力可以忽略。
但時(shí)速提高到300公里時(shí)，空氣阻力占總阻力的比值就上升到了85%，如果提高到400公里，這個(gè)比例更是會(huì)增加到驚人的90%。
換句話說(shuō)，高鐵跑一趟用的電，絕大部分被空氣給吹跑了。那如何減小空氣阻力呢？
首先看物體受到的空氣阻力怎么算，它等于二分之空氣密度乘以流動(dòng)速度的平方，再乘以阻力系數(shù)和物體迎風(fēng)面積。空氣密度、流動(dòng)速度和迎風(fēng)面積都好理解，而且咱也沒(méi)啥好優(yōu)化的，總不至于為了減小迎風(fēng)面積把火車(chē)變窄變矮吧，乘客肯定不同意。這里面，最有優(yōu)化空間的就是這個(gè)阻力系數(shù)。
這是流體力學(xué)領(lǐng)域一個(gè)著名的無(wú)因次變量，和物體的形狀及表面特征密切相關(guān)。尤其是形狀，比如在某個(gè)速度下，正方體的阻力系數(shù)可能是球體的兩倍多。
人們研究了很多種形狀的阻力系數(shù)，最后發(fā)現(xiàn)有一種形狀是阻力系數(shù)極小的，水滴形。
怪不得三體進(jìn)攻地球時(shí)派的是水滴，原來(lái)是怕中途阻力太大拋錨了。
現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看火車(chē)頭的變化，才發(fā)現(xiàn)它的形狀也在往水滴靠攏。可以說(shuō)，高速的風(fēng)，逐漸把火車(chē)頭吹成了水滴的形狀。
手殘up為了給大家直觀地感受一下水滴與正方形的阻力差別，斥巨資建了個(gè)風(fēng)洞。
拆掉鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口，3D打印一個(gè)整流罩。
再打印個(gè)迎風(fēng)面積相等的正方體和水滴，穿在兩條平行軸上，細(xì)線繞過(guò)整流罩將二者相連。卷上家里的透明桌布，風(fēng)洞就建成了。
鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)啟后，二者誰(shuí)受的風(fēng)阻大，誰(shuí)就會(huì)被吹得向后跑，而風(fēng)阻小的會(huì)被細(xì)線拉著迎風(fēng)向前。開(kāi)機(jī)。瞬間，正方體就被吹到了后面，而水滴形則由于風(fēng)阻小被拉到了前方。
二者的阻力具體能相差多少倍，我這個(gè)簡(jiǎn)易風(fēng)洞恐怕測(cè)不準(zhǔn)，便用流體仿真軟件進(jìn)一步進(jìn)行了CFD計(jì)算。
發(fā)現(xiàn)在不同的風(fēng)速下，或者說(shuō)在不同的雷諾數(shù)下，正方體阻力系數(shù)都達(dá)到水滴的幾十倍。
展開(kāi) 足球場(chǎng)上的電梯球?yàn)槭裁丛絹?lái)越少？
在此基礎(chǔ)上，加上一個(gè)恒定的空氣阻力，運(yùn)動(dòng)軌跡是一條接近拋物線的曲線。這是高中知識(shí)。
上大學(xué)后，你知道空氣阻力不是恒定的，而是隨速度變化，f=Cd*1/2ρAv^2。此時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡將是另一條復(fù)雜曲線。
如今，你研究生畢業(yè)了，知道了連這公式中的阻力系數(shù)居然也不是固定值。速度低時(shí)，阻力系數(shù)較大，當(dāng)速度大到一定值，突然斷崖式驟降，然后穩(wěn)定在一個(gè)較小的值。球的飛行過(guò)程，逐漸減速，到達(dá)突變的速度區(qū)間，阻力系數(shù)就突然增加，就造就了突然下墜的電梯球。
阻力系數(shù)突變，江湖稱：阻力危機(jī)。那么這一段，究竟發(fā)生了什么？
球在前行中這一速度區(qū)間內(nèi)，它周?chē)目諝庑纬傻牧鲌?chǎng)是這樣的，球后方是尾流低壓區(qū)，這就有了前后壓差，球受的阻力主要就是這個(gè)壓差阻力（而不是摩擦阻力）。
而到達(dá)阻力危機(jī)的速度時(shí)，由于稍微有點(diǎn)復(fù)雜的邊界層內(nèi)層流到湍流的轉(zhuǎn)捩，局部速度差減小，分離點(diǎn)延后，導(dǎo)致流場(chǎng)形態(tài)發(fā)生改變，尾流低壓區(qū)減小，壓差就減小了，阻力系數(shù)便驟降。
且球越光滑，到湍流的轉(zhuǎn)捩越難發(fā)生，阻力危機(jī)對(duì)應(yīng)的速度就越大，一般足球，阻力危機(jī)發(fā)生在約10-20m/s的區(qū)間。所以只要出腳速度大于20，就有望讓其飛行中經(jīng)歷阻力危機(jī)，踢出電梯球。比如C朦出腳速度就能達(dá)到30m/s。
但足球一直以路徑更可預(yù)測(cè)，傳球更加穩(wěn)定的理念不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)足球，由32塊皮拼接而成。2006年世界杯用球，皮減少到了14塊，2010年減少到8塊，2014年減小到6塊，并且拼合方式逐漸由縫合變成了熱粘合，這些變化都讓足球整體越來(lái)越光滑，發(fā)生阻力危機(jī)需要的速度就越來(lái)越大。
比如純光球，阻力危機(jī)發(fā)生的速度區(qū)間達(dá)到25-30m/s，而且這是飛到球門(mén)附近需要的速度，那對(duì)應(yīng)的出腳速度還不得40 m/s，C朦等大神也很難做到了。
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