空氣阻力
關注創建者：戰斗部 創建時間：2020-04-07
空氣阻力的視頻教程
空氣阻力的實例教程
基于ADINA的汽車空氣阻力系數計算
導入汽車模型
是為了演示空氣阻力系數的計算方法。首先導入一個汽車模型，如下圖所示，此汽車模型是經過簡化的。
點擊菜單ADINA-M>Import Parasolid Model，導入car_simple.x_t。
建立流場空間
點擊菜單ADINA-M>Define Body，如下圖所示建立一個立方體。
點擊菜單ADINA-M>Boolean Operator，如下圖所示用第二個body減去第一個body，剪完之后剩下的部分就是真正的流場空間。注意，目前只有parasolid體才可以做布爾運算。
進入流體模塊，進行設置
在功能選擇模塊做如下設置，進行流場的穩態計算。
點擊菜單Model>Flow Assumptions，在打開的窗口中做如下設置，表示三維模型、不考慮熱、采用SA湍流模型。
定義材料
點擊菜單Model>Materials>Manage Materials，在打開的窗口中點擊Spalart-Allmaras Model，定義一個SA湍流模型的材料。僅輸入粘度和密度就可以，其它參數均采用默認值。
展開 參考坐標系（如下圖所示）：
原點設置為對象的中心，軸與空氣矢量對齊。
力矩
根據3D模型中定義的全局坐標系計算力矩。力矩也具有摩擦力和壓力分量，圍繞X，Y和Z軸計算結果如下表所示。
阻力系數
阻力或空氣阻力是空氣對運動物體的阻礙力。它由壓力阻力（表面法向推/拉力）和摩擦阻力（在表面上滑動）組成。在大多數情況下，壓力阻力占主導地位。
阻力系數是無量綱量，表示物體在其介質中移動時的空氣動力學阻力。 它的定義如下：
下面的比例說明了典型的Cd值（NASA和維基百科）。流線型的物體將具有較低的Cd，流線型較差物體將具有較高的Cd，本項目的Cd值區域如下所示：
注意：這是一個指示性數字，主要用做區分概念。
力和力曲線
通過近似阻力系數，物體上的實際拖曳力Fd以及推動它所需的功率可根據以下公式計算：
本項目中,力和功率曲線如下所示：
注意：此曲線是基于模擬風速的外推估算，
要獲得外推速度下更精確的值，請對該速度工況進行模擬。
展開 'fontname','times new roman');
Td=text(-4.2,1.8,'t=0 s','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.9]);
Te=text(-4.2,1.2,'h=5.3 m','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.8]);
Tf=text(-4.2,0.6,'v=0 m/s','fontsize',14,'color',[0.4,0.3,0.8]);
dz=x+i*y;
qz=0.5+5.3*i;
tp=linspace(0,pi*2,100);
qa=qz+0.08*exp(i*tp);
hF=fill(real(qa),imag(qa),'k');
axis([-4,4,0,7]);
axis equal;
g=9.8;% 重力加速度
f=0.01; % 空氣阻力系數
v=0;
t=0;dt=0.014;
while t<20;
v=v*(1-f);
qz=qz+v*dt-0.5*g*dt^2*i;
v=v-g*dt*i;
qa=qz+0.08*exp(i*tp);
set(hF,'XData',real(qa),'YData',imag(qa));
Dd=abs(qz-dz);
if min(Dd)<0.18;
zy=linspace(-0.09,0.09,200)*exp(i*angle(v))+qz;
Fxy=Fun(real(zy),imag(zy));
[qq,Ka]=min(abs(Fxy));
zp=zy(Ka);
An=atan(Df(real(zp)))-pi/2;
An=An+pi*(An<0);
展開 空氣阻力系數，又稱風阻系數，是計算汽車空氣阻力的一個重要系數。空氣阻力是汽車行駛時所遇到最大的也是最重要的外力。它是通過風洞實驗和下滑實驗所確定的一個數學參數, 用它可以計算出汽車在行駛時的空氣阻力。風阻系數的大小取決于汽車的外形，風阻系數愈大，則空氣阻力愈大?，F代汽車的風阻系數一般在0.2-0.5之間。
風阻是車輛行駛時來自空氣的阻力，一般空氣阻力有三種形式，第一是氣流撞擊車輛正面所產生的阻力，就像拿一塊木板頂風而行，所受到的阻力幾乎都是氣流撞擊所產生的阻力。 第二是摩擦阻力，空氣與劃過車身一樣會產生摩擦力，然而以一般車輛能行駛的最快速度來說，摩擦阻力小到幾乎可以忽略。第三則是外型阻力，一般來說，車輛高速行駛時，外型阻力是最主要的空氣阻力來源。外型所造成的阻力來自車后方的真空區，真空區越大，阻力就越大。 一般來說，三廂車的外型阻力會比旅行車小。
風阻系數可以通過風洞測得。當車輛在風洞中測試時，借由風速來模擬汽車行駛時的車速，再用測試儀器來測知這輛車需花多少力量來抵擋這風速，使這車不至于被風吹得后退。在測得所需之力后，再扣除車輪與地面的摩擦力，剩下的就是風阻了，然后再以空氣動力學的公式就可算出所謂的風阻系數。
當然了，這是一個理論值的運算公式，實際測試的時候當然還會有更多的不確定因素引入。但是從這個基礎公式中我們也不難發現，在同樣的車速下，空氣密度是一定的，同級別車型的正投影面積其實也差不多，所以真正影響到風阻大小的就是風阻系數。通過實際測算，車速100km/h的時候，大概有60%的動力輸出都被用來抵抗風阻，這也是為什么各大廠家要在降低車輛風阻系數上花大功夫的原因。
一般車輛在前進時，所受到風的阻力大致來自前方，除非側面風速特別大。不然不會對車輛產生太大影響，就算有，也可通過方向盤來修正。風阻對汽車性能的影響甚大。
展開 在汽車制造領域，借助流體力學可以優化車身的設計，降低車身的空氣阻力，提高燃油的經濟性。
一、借助流體力學分析汽車的空氣阻力
汽車在行駛過程中，會受到空氣的阻力，空氣阻力和汽車行駛的方向相反，由于阻力的存在，影響汽車行駛時的燃油消耗。
空氣阻力分為摩擦阻力和壓力阻力兩種，其中壓力是空氣阻力的主要組成部分，通常所占的比例可以達到90%以上，對汽車的行駛產生影響。空氣具有流動性，并且空氣有粘性，粘性物質在發生流動時，層和層之間會發生作用。汽車行駛時，空氣和車身接觸在車身表面會有切向力產生，這種情況產生了摩擦阻力，摩擦阻力是汽車在行駛時產生的分力；車身的表面存在法向壓力，這些合力形成了壓力阻力。阻力可以分為多種形式，如形狀、干擾、內循環和誘導等，在所有的阻力中，形狀阻力起到了最主要的作用，因此這也是構成壓力阻力的主要內容。形狀阻力和車身的形狀有關，汽車的空氣阻力主要和車身的形狀有關；干擾阻力與車身的表面凸起形狀有關。內循環阻力是車體內部空氣流動時產生的阻力，誘導阻力是由于空氣在車頂和車底的流動速度差產生的。
空氣阻力可以直接影響到汽車的油耗，因此為了降低汽車的油耗就要盡可能降低汽車在行駛時的空氣阻力，油耗的降低可以降低有害物的排放，汽車的行駛成本也可以降低。空氣阻力和阻力系數有著直接的關系。在當前的汽車設計中，計算空氣阻力通常采用流體仿真的方式，依據動力學，建立流體物理模型，分析流體運動時的阻力情況。當前，由于計算機技術的發展，可以借助軟件完成相關的分析。
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時速400km/h時，空氣阻力占總阻力的比值可達90%。
現在往返在京滬之間的牛馬專列，時速已經到350km了。
高鐵跑一趟用的電，大部分都被風吹跑了。
空氣阻力咋算呢？
發現了嗎？華點就在阻力系數。
阻力系數由形狀決定，正方體的最大，長方體小點，球體再小點。
最小的是什么？
球桌（table）水平放置，臺球A與臺球B初始間距1270mm（沿球心連線方向）；忽略空氣阻力，考慮球桿-臺球、臺球-臺球、臺球-球桌間的摩擦。
抓捕網（柔性固體）在空中展開時產生大變形，同時與空氣（流體）產生持續的阻力交互，屬于柔性固體與流體的強非線性問題；
2) 理論解析：講解 ALE 算法（任意拉格朗日 - 歐拉）的網格重劃分邏輯，如何適配抓捕網的大變形，以及流體阻力的計算原理（空氣動力學中的 drag 模型）；
3) 實操演示：從抓捕網的參數化建模（纖維單元定義、網眼結構設置）、空氣域的歐拉網格劃分、流固耦合界面定義（抓捕網與空氣的阻力傳遞設置
比如我們看到手機的 “防水性能” 很好，不會想到這背后是工程師用流體力學模擬 “水在手機縫隙中的滲透路徑”；看到高鐵跑得又快又穩，不會想到這是通過流體力學優化 “列車外形”，減小空氣阻力。
但正是這種 “低調”，讓流體力學的范疇不斷擴大。
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一期一會 | 什么是流體流動？8個月前
外部流的示例包括流經飛機機身的空氣（其中通常需要關注升力和阻力等空氣動力）、流經船體的水或吹過建筑物的風。物體的形狀和方向會影響外部流動的行為，形成邊界層（物體-流動界面的粘性區域）和流動分離。
內部流的示例，包括流經管道或風道的空氣或水。它們受到邊界壁的約束，損失在壁面的動量會導致沿流動方向的壓力下降。
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車輛處于滑行狀態時，其運動受多重阻力影響，主要包括滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力及傳動系統內部摩擦力。滾動阻力源于輪胎與路面間的相互作用，其大小與輪胎材質、氣壓、路面狀況及車輛載荷相關；空氣阻力由車輛行駛時與空氣的相互作用產生，與車輛外形、速度及空氣密度密切相關；坡度阻力取決于道路坡度與車輛質量；傳動系統內部摩擦力則涉及變速器、差速器等部件的機械損耗。
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