abaqus 空氣動力學的案例
車企都在“吹”的空氣動力學究竟是什么？ 附空氣動力學基礎劉沛清下載
很多人第一次聽到空氣動力學這個詞時，或許會比較頭痛，感覺進入到了一個玄之又玄的領域。畢竟在大家印象中，空氣動力學大多與飛行器有關，比如飛機、火箭、戰斗機等等。但其實，空氣動力學其實距離我們日常生活很近。
從字面理解，空氣動力學解決的就是如何讓物體在空氣中保持更高效運動的科學。因此，一切需要運動的物體，就比如，跑步中的人、騎行中的自行車，甚至是行駛中的高鐵、汽車等，想要保持更快速、更省力、更節能的運動，都與空氣動力學息息相關。
當然，雖然空氣動力學對汽車領域非常重要，但在汽車百年多發展歷史中車企真正開始研究空氣動力學的歷史并不是特別長。我們都知道早期的汽車造型都非常方正，沒有任何流線型的設計概念，而一直到20世紀中葉以后，車企才開始重視起汽車空氣動力學的設計，而在汽車空氣動力學中需要解決的兩個問題就是風阻和升力。
車企為何愛吹噓“風阻系數”
在力學中，空氣動力學其實是流體力學的一個分支，空氣也被認為是流體的一種。而我們都知道，流體密度越大，對任何通過它的物體形成的阻力就越大，汽車在高速行駛中所遇到的最大阻力就是“風阻”。風阻形成了一個平行于車輛行駛平面的力，阻礙汽車運動，而且這個阻力也會隨著車速變快而變大，風阻變大也意味著油耗越高、車輛最高車速也降低得越多（發動機功率輸出保持恒定的情況下）。
同時一輛車想要保持更高時速，那背后所需要解決的技術難題也成幾何數增長，這也是為什么當布加迪Chiron創下490km/h時速記錄時，會引起那么大關注的重要原因。當然，如果你無法理解，那么以F1賽車為例會更容易想象背后的難度。
展開 不得不學的空氣動力學！ 附空氣動力學陳再新下載
Evija的空氣動力學設計
可是由于它采用碳纖維結構，它本身的重量只有1.68噸，這說明理論上講，它是可以倒立著懸在平的隧道頂部狂奔的。
當然，這只是理論上，大家千萬不要嘗試。還有一個原因是，這輛車價格在2000萬左右，絕大多數人也沒法嘗試。
從研究一杯水，一口氣，到一架飛機，一輛跑車。科技正在越來越快的改變著世界。孔子說：學而時習之，不亦說乎。有許多人把“習”理解成復習。我倒覺得，理解成實踐更好。科林查普曼把他學到的空氣動力學知識用到了汽車上，并且創造了超一流的跑車品牌路特斯，這是一件多么快樂的事啊！
下載地址：空氣動力學陳再新
展開 關于汽車動力學-空氣動力學清單
1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
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1、汽車空氣動力學的重要性: 汽車空氣動力學是研究空氣流經汽車時的流動規律及空氣與汽車相互作用的一門科學。
作用在汽車上的空氣力有三種：空氣阻力、升力、側向力。作用在汽車上的力矩也有三種：縱傾力矩、側向力矩、橫擺力矩。這些力和力矩稱之為空氣動力六分力。
2、汽車空氣動力特性對汽車的影響主要有三個方面：
1）汽車動力性：：汽車的最高車速、加速時間、最大爬坡度；
2）汽車經濟性：氣動阻力與總阻力的比、氣動阻力所耗功率、氣動阻力與燃料消耗量；
3）汽車操縱穩定性：升力與縱傾力矩、側向力及橫擺力、側傾力矩。
3、關于風洞的一些知識：一臺新車設計好后，需進行風洞試驗。風洞試驗有模型風洞和實車風洞。最后還需進行道路試驗。
1）汽車風洞的分類與名稱
全尺寸風洞與模型風洞：為試驗真車的風洞叫全尺寸風洞。為試驗縮比模型或零部件的風洞叫模型風洞。
2）、空氣動力試驗風洞、全天候風洞與多用風洞：不能隨意調節試驗段氣流溫度、濕度的風洞稱為空氣動力試驗風洞；一般在這種風洞中主要進行不受氣流溫度影響的空氣動力測定。
3）可改變試驗段氣流溫度、濕度、陽光強弱和其它氣候條件的風洞稱為全天候風洞；
4）那種即用于測定空氣動力又用于測定氣候環境效果的風洞稱為多用風洞。
4、汽車風洞試驗主要研究的問題：1）研究汽車空氣動力特性：汽車的氣動阻力特性和操縱穩定性；汽車上的力及力矩；2）通過汽車表面的壓力分布與流場性能分析，研究汽車各部位的流場；3）發動機冷卻氣流的進氣和排氣特性；4）駕駛室內的通風、取暖及噪聲特性。
5、汽車行進時都受到哪些阻力：汽車行進時所受阻力大致可分為機械阻力和空氣阻力兩部分。隨著車速的提高，空氣阻力所占比例迅速提高。
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空氣玩家JIM HALL 空氣動力學黑科技的故事
Chaparral系列車型的問世改變了汽車運動的發展方向，Jim Hall作為一個工程師，用創造性的思維處理問題，大膽實踐有條不紊，Jim Hall是將空氣動力學運用在汽車運動領域的先驅者。
汽車中的空氣動力學
回到正題那么何為空氣動力學呢？學術界給出的定義是這樣滴，空氣動力學，是流體力學的一個分支，主要研究物體在空氣或其它氣體中運動時而產生各種力。簡單來說，就是物體在運動時與空氣接觸而產生的各種力，有些力可能是“好力”，但有些力可能是“壞力”，會阻礙物體的運動。而這些壞力，也就是我們老說的“空氣阻力”。而這些個“壞力”，就是由于空氣密度和它自身的黏性特質等因素而造成。開頭說了，這貨很高逼格。其實，它就真的很高逼格！能非常精通和熟練運用確實需要花大工夫和力氣去鉆研。話說回來，空氣動力學到底對車輛的行駛有何影響呢？不論是在在民用汽車領域還是在賽車領域，空氣動力學設計對于降低風阻、提升車速、節約油耗、減少噪音和增強行駛穩定性等方面都非常重要。為了讓大家更清楚，我來舉個栗子。車輛的行駛阻力通常主要是空氣阻力和滾動阻力（就是我們車輪與地面接觸產生的摩擦力），當一輛汽車以80km/h的速度行駛時，約有60%的阻力來自空氣。而當速度攀升至200km/h，空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%。足以可見，車輛克服空氣阻力的必要性。當今量產車的風阻系數一般在0.28至0.40之間而風阻系數（coefficient of drag，簡稱Cd）又是何方神圣？其實吧，這個就沒那么玄乎了，它就是衡量空氣阻力大小的一個數值而已，兩者成正比！有人突然發問了，為嘛F1（世界一級方程式）賽車的風阻系數比民用車高那么多！問得好，現代F1賽車的風阻系數約為0.70至1.1。當然，還得根據不同的賽道特性從而做出不同的調校，有時為了獲得更大的下壓力，甚至可以高達1.3。而這個所謂的下壓力，就是使車輛能夠緊貼地面的一種力。那么問題又來了，那F1風阻系數這么高，勢必空氣阻力會大，為何還跑得那么快！少年，當然是因為人家車輕啊，加車手一起算的話也就680kg，而且跑得快就一定得空氣阻力小么？
展開 空氣動力學優化方法
研究人員發現，通過粒子群算法很容易實現空氣動力學解算器，并且不需要價格高昂的存儲器，僅通過簡單的數學運算就可以實現計算。
典型的氣動優化粒子群算法結構示意圖
模擬退火是一種基于熔融金屬物理冷卻過程的隨機逐點優化算法。在空氣動力學領域主要運用于發動機進氣道擴壓器設計、收斂擴張噴管和超音速軸對稱噴嘴。
非梯度法的模型魯棒性很優秀，不需要目標函數連續就能可靠地找到全局最優點；其缺點是研究人員要付出更多的時間在數值計算上。
論文作者S.N.Skinner和H.Zare-Behtash指出，對于有效的空氣動力學優化，我們必須深刻理解以下幾個問題：參數化設計空間的范圍；設計變量的類型（離散/連續）；單目標優化亦或是多目標優化；優化的約束條件；設計空間的屬性（局部最優化/全局最優化）。將數學優化問題與空氣動力學相結合還有很多工作研究需要進行，從幾何參數化，最優化問題如何定義函數，最優化算法，到如何嵌套調整優化算法都是重要的考慮因素。
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展開 技術 | 汽車空氣動力學漫談
汽車行業目前已有一種共識，具有良好空氣動力學性能的汽車，加速性能更好、行駛穩定性更強、燃油經濟性更佳。隨著節能環保汽車的呼聲愈強，汽車空氣動力學性能相比以往任何時候，都更被車企所重視。本期作者將帶你走近汽車空氣動力學。
引言
如果一輛汽車以105公里/小時的速度駛向墻壁，將會發生什么？
可以想象：汽車車架會斷裂，玻璃會破碎，當然，安全氣囊也會彈出試圖保護司機和乘客，但即使現代汽車在安全方面已有著巨大進步，這樣的撞車也將會是一次嚴重的事故。因為汽車根本不可能通過任何改良設計而順利穿過一面磚墻。
但是大自然中卻存在著另外一種“墻”，汽車通過改良設計就可以順利從中穿過，這就是“空氣墻”——當汽車高速行駛時遇到的“墻”。
也許大多數人并不認可這種說法，空氣或者風怎么能算一堵墻呢。
汽車低速行駛或風不大時，我們總是很難注意到空氣與車輛的相互作用；但是高速行駛或異常大風時，空氣阻力（空氣對運動物體的作用力）對汽車的加速性能、行駛穩定性和燃油經濟性都有巨大的影響。
空氣動力學是力學的一個分支，主要研究物體與氣體相對運動時的受力特性、氣體流動規律以及伴隨發生的物理化學變化。空氣動力學在航空、航天、汽車領域都有廣泛的應用。
近幾十年來，汽車設計不同程度的考慮了空氣動力學，汽車制造商們也進行了各種各樣的創新設計，試圖使“空氣墻”更容易被穿過。
在了解空氣動力學如何應用于汽車行業之前，先了解一下“風阻系數（Cd）”。
風阻系數（Cd）
風阻系數（Cd）是衡量汽車空氣阻力的數值。
汽車以110公里/小時的車速行駛時，空氣對汽車的阻力比60公里/小時車速行駛時多出四倍。通常使用風阻系數來衡量汽車的空氣動力學能力。簡單來講，風阻系數越低，汽車的空氣動力學相對更佳，也更容易通過“空氣墻”。
一起來看幾個阻力系數值。
展開 太空飛行器空氣動力學CFD研究
這應通過雙管齊下的方法實現：首先使用工程方法根據實驗數據和簡化公式推導氣動熱負荷，然后進行計算流體動力學（CFD）模擬以進一步驗證工程預測。
3. 使用空氣動力加熱輸出來告知車輛設計注意事項。
作為起點，飛行器的軌跡和感興趣高度的關鍵大氣參數被輸入到分析模型中。值得注意的是，Fay&Riddell公式在20世紀50年代后期開發的開創性停滯點傳熱公式，該公式已通過經驗風洞數據進行了廣泛驗證。該模型預測火箭鼻錐尖端的駐點熱通量約為550kWm^（-2）。
然后使用Ansys CFD作為驗證分析預測的方法。考慮到鼻錐幾何結構的對稱性，選擇了二維軸對稱方法，以減少計算要求，同時仍保持模擬逼真度。感興趣幾何體周圍的邊界條件和流動域如下所示：
網格劃分方案經過精心選擇，是寶貴的計算資源和模擬逼真度之間的平衡。靠近鼻錐壁的元件必須具有足夠的網格分辨率，以捕捉尖銳的熱梯度和速度梯度。下面顯示了大約157k個元素的粗網格示例，顯示了不同網格大小的不同區域。
展開 fluent分析建筑空氣動力學計算
實例.rar
空氣動力學 | 豐田借力仿真穿越天地之間
本文原載于Ansys Advantage：《Toyota Simulates from Land to Air Back Again》
工程師之間的協作通常會帶來創新，而豐田汽車公司的工程師通過與航空競賽團隊的合作，擴展了他們對汽車空氣動力學的了解。此次特別的合作采用了Ansys仿真技術，可同時提高飛機與汽車的空氣動力方面的性能。
豐田汽車公司負責CAE技術研發的中江雄亮(Yusuke Nakae)一直與豐田的JSOL公司合作，使用Ansys LS-DYNA進行流體分析，測量車輛行駛時產生的空氣動力以及該力如何影響車輛的穩定性。通過利用參照以往的汽車仿真經驗改進航空競賽飛機，然后根據在航空競賽飛機上獲得的成功經驗對雷克薩斯汽車進行改進，中江的團隊實現了使用傳統方法無法得到的分析。
從傳統到實驗空氣動力學
車輛空氣動力學的傳統測試方法，包括在汽車靜止時向其施加風力，然后通過實驗和計算測量變化情況。中江團隊想了解汽車在運動時與靜止時的空氣外力有何不同，這啟發了中江團隊嘗試對運動的車輛進行分析。具體而言，他們希望使用LS-DYNA對車輛變道時的空氣動力形態進行仿真。
正常分析（汽車靜止時施加風力）獲得的結果與汽車運動時獲得的結果截然不同。然而，在駕駛汽車時測量空氣作用力仍然是一大挑戰?即使在風洞中也是如此。中江團隊希望使用仿真定量分析空氣動力差異。
展開 空氣動力學優化方法
研究人員發現，通過粒子群算法很容易實現空氣動力學解算器，并且不需要價格高昂的存儲器，僅通過簡單的數學運算就可以實現計算。
典型的氣動優化粒子群算法結構示意圖
模擬退火是一種基于熔融金屬物理冷卻過程的隨機逐點優化算法。在空氣動力學領域主要運用于發動機進氣道擴壓器設計、收斂擴張噴管和超音速軸對稱噴嘴。
非梯度法的模型魯棒性很優秀，不需要目標函數連續就能可靠地找到全局最優點；其缺點是研究人員要付出更多的時間在數值計算上。
論文作者S.N.Skinner和H.Zare-Behtash指出，對于有效的空氣動力學優化，我們必須深刻理解以下幾個問題：參數化設計空間的范圍；設計變量的類型（離散/連續）；單目標優化亦或是多目標優化；優化的約束條件；設計空間的屬性（局部最優化/全局最優化）。將數學優化問題與空氣動力學相結合還有很多工作研究需要進行，從幾何參數化，最優化問題如何定義函數，最優化算法，到如何嵌套調整優化算法都是重要的考慮因素。
展開 剃腿毛與空氣動力學
時間追溯到1987年，自行車空氣動力學先驅工程教授切斯特·凱爾（Robert Kyle）研究發現腿部剃刮減少了0.6％的阻力，換算下來是37km/h的時候節省5秒鐘。
似乎并沒有什么卵用，基于風動測試的昂貴價格（500美金/小時），后續就很少有團隊愿意為這件事花錢了。
20多年過去了，2014年閃電的兩位空氣動力學家馬克·科特（Mark Cote）和克里斯（Chris Yu）在為托馬斯做空氣動力學改善的時候，偶然間發現：
相同的速度下，托馬斯剃腿毛后阻力減少了約7％，節省了15瓦功率，相當于40km/h時速可以1小時節省79s。
這是一項難以置信的發現，Mark立刻找到其他五名測試者，結果毫無意外：這五位測試者在剃腿毛之后節省了50到82秒不等。
包含托馬斯在內的六位測試者的測試圖表：
在這種情況下，Mark聯系到了1987年時對腿毛做空氣動力學測試的凱爾，了解到了當時的實驗情況：只是對一條粘毛和不粘毛的假腿進行了測試。
似乎6位車手的抽樣調查并不足以完全說明問題，不過理論支持也是有的：NASA研究員Rabi Mehta博士在2000年的時候研究發現，一個網球的絨毛對速度的影響安全超過了球本身的大小或者重量，而腿毛則更像是網球的絨毛。
在正常情況下人類是永遠不可能達到網球的時速，但是，腿毛對速度的影響已然已經不在是30年前0.6%的認知了。
下面是關于測試的視頻：
寫在最后
剃腿毛本是一件看起來很Euro Cool的事，在歐洲甚至有一種說法，刮腿毛和曬痕是自行車運動員的標志。
但是，這絕對不是一件強制性的事情，每個國家的文化風俗不同，美國的鐵三運動員們就有不少選擇不剃腿毛。
展開 1.2 飛行原理：空氣動力學基礎
圖1 牛頓運動定律
1.2.2 Magnus 效應
1852年，德國物理學家和化學家海因里希.古斯塔夫. 馬格努斯(Herinrich 個、Gustav Magnus，1802-1870)對旋轉球體和圓柱體的氣動力進行了實驗研究，并描述了這一效應（牛頓在1672年已經提到過關于球體的這種效應）。這種效應可以有利于飛機升力的解釋。
Magnus效應可以描述為：如圖2，在A點，這里有一個停滯點，氣流在這里遇上機翼的前表面并分開，一部分氣流向上，一部分氣流向下。B為另一個駐點，兩股氣流在這里重新匯合，并以相同的速度重新開始流動。從側面觀察，機翼前緣產生了升力而在后緣產生向下的力。在圖1情況下，氣流在翼面的上部速度最快且在底部的速度最小。由于該速度和研究的物體有關，叫做局部速度。Magnus效應被廣泛應用于機翼或其他升力面。因為在機翼的上下表面氣流速度不同，從而導致了機翼下表面壓力大，上表面壓力小。這個低壓區會產生一個向上的力，這種物理現象就叫做Magnus效應，也即一個物體的旋轉會影響流過它的氣體的路徑，包括空氣。
圖2 Magnus效應
1.2.3 壓力的Bernoulli 原理
Bernoulli 原理的實踐應用是文氏管。文氏管的入口比喉部直徑大，出口部分的直徑也和入口一樣大。在喉部，氣流速度增加，壓力降低；在出口處，氣流速度減小，壓力增大(圖3)。
機翼產生升力的原因和原理與空氣產生的Bernoulli 規律有關：隨著機翼在空中的移動，流過機翼上部彎曲表面的氣流速度加快，并形成一個低壓區。
圖3 壓力的Bernoulli 原理
盡管牛頓、馬格努斯、伯努利以及其他無數的早期科學家們研究宇宙的規律時沒有我們今天如此先進的實驗室，但他們對當代升力產生的理論卻提供了巨大的指導，并有著深刻的影響。
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