汽車空氣動力學仿真的案例
神工坊作為承辦單位，支撐中國汽研空氣動力學標準模型創新仿真大賽！
中國汽研空氣動力學標準模型（CAERI Aero Model）創新仿真大賽創辦于2021年，由中國汽車工程學會聯合各單位共同舉辦，已成功舉辦兩屆。第三屆大賽已于2023年3月6日正式啟動。
本屆大賽，神工坊作為承辦單位，對大賽提供算力支持，共同推進我國汽車空氣動力學仿真技術發展，激發行業人員對汽車空氣動力學的創新研究。
大賽啟動通知原文
2023第三屆中國汽研空氣動力學標準模型
（CAERI Aero Model）創新仿真大賽
為了進一步普及汽車空氣動力學仿真知識，推廣應用國內首個感知型汽車空氣動力學標準模型——CAERI Aero Model，進一步提高在校大學生空氣動力學仿真技術能力、工程實踐能力和創新意識，為我國汽車空氣動力學仿真技術發展培養后備力量，同時激發行業人員對汽車空氣動力學的創新研究，2023第三屆中國汽研空氣動力學標準模型（CAERI Aero Model）創新仿真大賽啟動。
展開 汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，在產品開發的初期就確立設計方案。今天所面臨的挑戰是如何更好地利用這些軟件，以及由誰使用。
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價值。今天，CFD 已經成為汽車行業中普遍使用的工具，應用于整個汽車開發流程的各個階段，”福特公司熱系統及空氣動力系統工程以及計算機輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領導的團隊主要負責新車空氣動力學及動力總成冷卻設計的虛擬優化及驗證工作。
一項成熟的技術一旦可以帶來可靠的結果就可以得到廣泛的應用。“在車輛基本空氣動力學設計及車輛外形及底部設計優化方面所采用的方法已經非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術在開發流程中所發揮的作用的期望也發生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設計提案的可行性。“今天，由于設計參數數量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進整個車輛的開發流程。”Hupertz 說道。
為了達到這個目的，福特公司正在制訂新的開發流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設計中最重要和最有依賴性的參數。Hupertz 認為基于CAE 的實驗設計（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關車輛造型和系統性能的設計參數的效果進行深入探索。對如何利用幾百次的測試運行有詳細規劃的優化軟件包是關鍵。此外，還有一個關鍵因素是復雜的變形工具，可以幫助設計人員知道如何對車輛造型做出改進。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設計人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學工程師想表達的意思，”Hupertz 表示。
展開 汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價值。今天，CFD 已經成為汽車行業中普遍使用的工具，應用于整個汽車開發流程的各個階段，”福特公司熱系統及空氣動力系統工程以及計算機輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領導的團隊主要負責新車空氣動力學及動力總成冷卻設計的虛擬優化及驗證工作。
一項成熟的技術一旦可以帶來可靠的結果就可以得到廣泛的應用。“在車輛基本空氣動力學設計及車輛外形及底部設計優化方面所采用的方法已經非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術在開發流程中所發揮的作用的期望也發生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設計提案的可行性。“今天，由于設計參數數量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進整個車輛的開發流程。”Hupertz 說道。
為了達到這個目的，福特公司正在制訂新的開發流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設計中最重要和最有依賴性的參數。Hupertz 認為基于CAE 的實驗設計（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關車輛造型和系統性能的設計參數的效果進行深入探索。對如何利用幾百次的測試運行有詳細規劃的優化軟件包是關鍵。此外，還有一個關鍵因素是復雜的變形工具，可以幫助設計人員知道如何對車輛造型做出改進。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設計人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學工程師想表達的意思，”Hupertz 表示。
新車型，新擔心
CFD/CAE 軟件開發和解決方案供應商CD-adapco 公司道路交通總監Frederick Ross 指出，隨著CFD 軟件仿真技術的發展，其所服務的市場也在不斷發展和變化中。他認為電動汽車和電動汽車相關技術都是目前非常重要的設計對象。
展開 使用 ANSYS FLUENT 進行汽車空氣動力學仿真（僅車模） ￥10
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軟件：
Pro/Engineer 野火版， 渲染
car.stp
car.prt.5
類別：
汽車
標簽：
汽車, 空氣動力學, ansys , Fluent , CFD
?編輯
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Cadence CFD 研討會點播 – 汽車空氣動力學仿真預報
研討會內容要點
?展示汽車空氣動力學的完整 CFD 仿真工作流程
?比較了不同湍流模型的計算速度和精度
?應用了多個汽車標準模型
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【流體仿真】具有空氣動力學反饋的2D汽車輪廓的交互設計
引 言
汽車造型的設計需要在審美和性能之間取得微妙的平衡。雖然流體模擬提供了評估給定形狀的空氣動力學性能的手段，但它的計算成本阻礙了它在設計的早期探索階段的使用，在這個階段，美學是決定的。交互式系統可幫助設計師創建空氣動力學汽車輪廓。
系統依賴于一個神經代理模型來預測汽車形狀周圍的流體流動，一旦設計師繪制出汽車輪廓，就為他們提供流體可視化和形狀優化反 饋。與之前專注于時間平均流體流動的工作相比，描述了如何在從多個預計算模擬中提取的瞬時、同步觀測數據上訓練我們的模型，這樣我們就可以對動態流動特征(如渦流)進行可視化和優化。
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。
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。
展開 汽車中的空氣動力學
說到空氣動力學，大家往往都會覺得這是一個很學術，其學術研究成果和結論都被大量的應用在航空航天領域和賽車運動上。但其實不然，早在20世紀初期，汽車比剛發明不久的飛機速度還要快，早于飛機突破了時速兩百公里，這都是當時賽車的空氣力學比飛機更先進的證明。早在20世紀50年代第二次汽車變革之前，許多車廠就已經采用了人們常說的“流線型”造型車身造型設計，而這次變革之后，車身設計領域則可謂是百家爭鳴，百花齊放了，如魚形，船型，楔形，甚至火箭型，是的，沒錯，就是火箭型！
簡單介紹下前面提到的2次汽車改革19世紀末期，汽車剛被發明不久，極低的車速讓空氣阻力根本無法顯現，所以那個時候的汽車就是在馬車車廂上加裝發動機和操縱機構。隨著時間的推移，到20世紀初慢慢演變成廂型車，代表就是福特T型車（1908年誕生）。在此期間，科學界注意到了空氣阻力的影響，因此在1899就有人按照空氣動力學觀點設計了最早的汽車。可惜，上面的這些設計并沒什么實質性作用，阻力依然很大，也僅僅比廂型車強些。因為那個時候人們沒有意識到，車底的輪子對氣流的影響，還有地面對氣流的影響，所以想當然的應用這些基本流線型是行不通的。真正的轉機是在20世紀20年代以后，人們意識到地面效應的影響，把空氣動力學理論應用在汽車上，使汽車外形設計取得巨大的進步，出現了氣動阻力Cd為0.28的低阻汽車（1924的拉普勒）。這個時期的汽車的顯著特點是，車身呈半水滴狀，或者是兩個半水滴的組合結構。這種類型的優秀代表是1937年問世的太拖拉87型（Cd為0.36，是當時世界上最快的轎車）。后來大名鼎鼎的甲殼蟲就是以此為靈感設計的。既然流線型車造型優雅，空氣阻力也相對較小，為什么會被淘汰呢？因為流線型車有個很大的缺點，它阻力雖小，抗側風能力卻非常差。所以當人們發現問題后，就進入了船型車時代（20世紀50年代后）。
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 汽車空氣動力學分析2 ￥10
空氣速度為 30 m/s（更新），使用的湍流模型為 SST。網格由大約 350 萬個元素組成。汽車表面四周采用6棱鏡層。使用 ANSYS CFX 執行穩態仿真。
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汽車空氣動力學數值計算
汽車空氣動力學數值計算.part3.rar
汽車空氣動力學數值計算
汽車空氣動力學數值計算.part2.rar
汽車空氣動力學數值計算.part1.rar
【技術】AICFD助力汽車空氣動力學設計
概述
隨著汽車工業發展與汽車行駛速度日益提高，汽車的空氣動力學亦愈來愈受到重視，優秀的空氣動力學設計不但可以達到高效節能的目的，還能夠減少噪音、提高車輛的平順性和行駛穩定性，提供更強的安全保障。如今，它已經不是航空航天領域的專利，而是現代工業設計必不可少的元素之一。
汽車空氣動力學研究主要有兩種方法：一種是進行風洞實驗，另一種則是利用計算流體動力學（CFD）技術進行數值仿真。相比風洞實驗，CFD數值仿真有著可再現性、周期短、成本低，以及全面且豐富的流場分析功能等優點。隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，通過數值仿真，在產品開發的初期就確立設計方案。外流場空氣動力學仿真計算作為CFD的一個方面，在現代汽車設計中扮演著至關重要的角色。
AICFD軟件介紹
AICFD 是由天洑軟件研發的一款智能熱流體仿真軟件，它實現對流動及傳熱的快速智能仿真。
展開 可用于汽車空氣動力學分析的基準模型
由化石燃料的燃燒帶來的環境問題日益嚴峻，汽車制造商們因此向市場推出了更多的節能汽車。燃料消耗的一個重要因素是汽車的氣動曳力。然而由于汽車形狀復雜，所以對其進行建模極具挑戰性，同時也很難定量地計算其受到的氣動阻力。Ahmed 體是一個在汽車工業領域被廣泛用于驗證仿真工具的基準模型，它的形狀簡單，易于建模，而且還保持了汽車的幾何特征。
為什么要研究汽車的曳力系數？
曳力系數是對處于流體環境中的物體所受阻力進行量化的參數。相對于物體的形狀來說，曳力系數并非一個絕對常數，因為它會隨著氣流的速度和方向、物體的形狀和尺寸，以及流體密度和粘度的變化而變化。物體的曳力系數越低，其受到氣體或流體的動力阻力則越小。就汽車而言，曳力系數越低，能效就越高。曳力系數不僅會影響汽車的最高速度，同時還會對操控性產生影響。基于以上原因，具有低曳力系數的汽車更受到人們的追捧。然而一味地降低曳力會造成汽車受到的下壓力降低，進而導致牽引力的損耗，同時還會提高車禍概率。
大多數汽車的平均曳力系數都介于 30 至 35 之間。形狀方方正正的汽車曳力系數較高，例如 HUMMER? H2 的曳力系數為 57；而流線型汽車曳力系數較低，例如 Mercedes-Benz? C-Class? 的曳力系數為 24。再強調一下，以上僅為平均測量值。汽車曳力系數的精確數值會隨著雷諾數和其他各種因素的變化而變化。
我們可以通過多種方法對汽車進行改裝，以優化其空氣動力學設計，降低其曳力系數。為了讓您的愛車外觀呈流線型，您可以將車頂行李架、擋泥板、擾流板、無線電天線等零部件拆除。專業賽車手還會拆除他們的雨刮器及后視鏡，但是我們并不推薦普通司機也這樣做。您還可以為您的愛車裝上輪罩、進氣格柵、車身底板、擋泥板及改裝的前保險杠，對曳力系數進行改進，使您的愛車脫穎而出。
Ahmed 體是什么？
展開 空氣動力學在汽車造型設計中的運用
前圍與側圍,前圍、側圍與發動機罩,后圍與側圍等地方均采用園滑過渡,發動機罩向前下傾,車尾后箱蓋短而高翹,后冀子板向后收縮,擋風玻璃采用大曲面玻璃,且與車頂園滑過渡,前風窗與水平面的夾角不宜超過30 度,側窗與車身相平,前后燈具、門手把嵌入車體內,去掉不必要的裝飾,車身表面盡量光潔平滑,車底用平整的蓋板蓋住,降低整車高度等等,這些措施有助于減少空氣阻力系數
在80 年代初問世的德國奧迪100 ─Ⅲ型轎車就是最突出的例子,它采用了上述種種措施,其空氣阻力系數只有0. 3 ,成為當時商業代轎車外形設計的最佳典范。圖7 是現代汽車。據試驗表明,空氣阻力系數每降低百分之十,燃油節省百分之七左右。對兩種相同質量,相同尺寸,但具有不同空氣阻力系數(分別是0. 44 和0. 25) 的轎車進行比較,88 kmPh 的時速行駛了100 km ,燃油消耗后者比前者節約了1. 7 L。
從前面可知,空氣動力學上的每一項進展,都直觀的反映在汽車造型的變化上。幾十年來,汽車造型的種種變化,都可以找到其空氣動力學的依據。當汽車的車速提高到每小時50 km 的時候,迎面而來的風使駕乘人員難以忍受,迫使人們考慮改變汽車的外形以克服其缺陷。于是人們設計了一種帶有球面的擋風板的汽車,這是流線型的萌芽。汽車總高度的降低,汽車上部寬度的減小,都是為了減小汽車的迎風面積。30 年代盛行的甲殼蟲轎車,反映了空氣動力學發展的一個階段。后來出現的船型車、魚型車,隨著空氣動力學的發展,雖各有特色,但都有朝楔形車變化的共同趨勢,楔形造型能較好地滿足空氣動力學的各項特性,并且造型上清爽利落,簡潔大方,具有現代氣息,給人以美的感受。
2現代汽車的造型
奧迪R8中的空氣動力學設計
尾翼的基本設計
尾翼和擾流器的誕生正是要解決氣流和浮升力的問題。我們見到過的尾翼可謂五花八門、千奇百怪。
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