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流體流過(guò)圓柱體產(chǎn)生的噪聲 案例描述：空氣以69.2 m/s的速度吹向直徑為1.9 cm的圓柱體，用Fluent仿真此時(shí)產(chǎn)生的噪聲。基于圓柱體直徑的Reynolds數(shù)大概是90000。其他尺寸參數(shù)見(jiàn)下圖。

2.3 流場(chǎng)分析——三維流線圖流線圖如圖4所示，可以看出，吹臉風(fēng)管的出風(fēng)較為明顯，除霜和吹腳的出風(fēng)較少，除霜風(fēng)量較小，會(huì)導(dǎo)致除霜效果較差；前檔風(fēng)窗的流線分布均勻性較差，兩側(cè)的風(fēng)速較高，中間流速也比較低，除霜效果較差；破點(diǎn)的位置偏高，加之風(fēng)速較低，側(cè)窗視野區(qū)的除霜效果較差。除霜模式下，從吹腳和吹臉風(fēng)道泄露出的流量約占總流量的68.72%，用于除霜的風(fēng)量較小，導(dǎo)致整體除霜效果較差。

你猜，我把鼓風(fēng)機(jī)打開(kāi)，用這個(gè)角度吹小球，小球會(huì)被吹走嗎? 前面的問(wèn)題，你選了什么呢？想知道答案么？咱們就先理論分析一下。先從基礎(chǔ)場(chǎng)景，豎直方向分析，向上吹小球，小球受自身重力和風(fēng)給它向上的壓力，重力和鼓風(fēng)機(jī)氣量合適，力就達(dá)到平衡，小球懸空靜止。如果球偏離中心，會(huì)不會(huì)掉下去呢？

有的覺(jué)得風(fēng)暖是智商稅，認(rèn)為風(fēng)吹濕潤(rùn)的皮膚，會(huì)促進(jìn)蒸發(fā)吸熱，即便是熱風(fēng)，也會(huì)更冷。嗯，這個(gè)問(wèn)題是要認(rèn)真研究一下了！風(fēng)暖制熱的原理是對(duì)流換熱。發(fā)熱元件通電升溫，被風(fēng)扇帶動(dòng)的空氣流過(guò)高溫元件后，吹出暖風(fēng)，流過(guò)身體周?chē)４藭r(shí)，人周?chē)諝獍l(fā)生了兩個(gè)變化，一個(gè)是溫度升高，一個(gè)是流速增大。

10min后，空調(diào)開(kāi)啟吹腳模式，可以看到吹腳左右出風(fēng)口、吹面兩側(cè)出風(fēng)口保持一定的出風(fēng)量，主駕側(cè)流量高于副駕側(cè)，70min時(shí)，空調(diào)由外循環(huán)切換至內(nèi)循環(huán)，風(fēng)量降低。空調(diào)出風(fēng)溫度隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫上升，呈逐步上升趨勢(shì)。在50-60min的停車(chē)（IDLE）工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫下降，出風(fēng)溫度回落。

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?？將初始位置調(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)?？次乙曨l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。

本文對(duì)比了全冷吹面模式風(fēng)量計(jì)算值與試驗(yàn)值（見(jiàn)表1）：仿真計(jì)算值比試驗(yàn)值大，仿真值與試驗(yàn)值偏差較小，兩者最大偏差為2%，所以認(rèn)為計(jì)算所選數(shù)學(xué)模型、計(jì)算方法及邊界條件的設(shè)置是合理的，仿真結(jié)果是可靠的。 表1 全冷吹面模式風(fēng)量計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比 3.1.3 壓降結(jié)果分析對(duì)比 進(jìn)風(fēng)箱壓降計(jì)算值見(jiàn)表2。

但速度超過(guò)80km/h后，風(fēng)阻占比就會(huì)超過(guò)一半。時(shí)速到120km，風(fēng)阻占比甚至可達(dá)80%?？梢赃@么說(shuō)：你跑高速時(shí)，斥巨資加的油充的電，基本都被風(fēng)吹走了。對(duì)新能源汽車(chē)來(lái)說(shuō)，風(fēng)阻系數(shù)每降低0.01，續(xù)航里程就能提升將近10km。除了能耗，還有駕駛體驗(yàn)。比如噪音，風(fēng)噪通常和風(fēng)阻成正相關(guān)。風(fēng)阻太大，說(shuō)話只能靠吼。

當(dāng)工程師想設(shè)計(jì)一輛不會(huì)翻車(chē)的汽車(chē)、一座風(fēng)吹不倒的大橋，或者一架能飛得很高的火箭時(shí)，他們不用真的造出來(lái)再測(cè)試，而是先用電腦“假裝”做實(shí)驗(yàn)。比如： 模擬風(fēng)吹：如果造一座大風(fēng)車(chē)發(fā)電，CAE可以“吹”電腦里的虛擬大風(fēng)，看看風(fēng)車(chē)會(huì)不會(huì)被吹壞。 模擬碰撞：設(shè)計(jì)新車(chē)時(shí)，CAE會(huì)讓電腦里的“假車(chē)”去撞墻，看看哪里容易變形，然后告訴工程師哪里需要加強(qiáng)。

2.計(jì)算模型的建立及方案確定2.1 幾何模型建立 根據(jù)某車(chē)型的三維 CAD 實(shí)體模型，分別選擇 HVAC、風(fēng)道和車(chē)身的內(nèi)表面生成模擬空間。考慮到汽車(chē)產(chǎn)品的復(fù)雜性，為了節(jié)約時(shí)間和減少網(wǎng)格數(shù)量，在不影響模擬精度的前提下，需要對(duì)車(chē)廂內(nèi)表面做一些簡(jiǎn)化處理。但對(duì)模擬的關(guān)鍵部件，如 HVAC、風(fēng)道等的細(xì)部結(jié)構(gòu)則應(yīng)盡量保留，如圖 1 所示。

使用 CFD 工具，可以模擬渦流脫落、分析其行為并相應(yīng)地優(yōu)化設(shè)計(jì)。 了解渦流脫落 為了解釋這種現(xiàn)象，已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)研究來(lái)分析工業(yè)煙囪等結(jié)構(gòu)在風(fēng)流過(guò)時(shí)的行為。當(dāng)由鋼制成的塔或煙囪等高大結(jié)構(gòu)遇到以相當(dāng)大的速度吹來(lái)的風(fēng)時(shí)，結(jié)構(gòu)的下側(cè)會(huì)形成低壓區(qū)。當(dāng)風(fēng)流繼續(xù)超出結(jié)構(gòu)屏障時(shí)會(huì)發(fā)生渦流脫落，從而產(chǎn)生振動(dòng)效果。這種振動(dòng)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p壞和故障。

或許未來(lái)某一天，當(dāng)我們乘坐 “磁懸浮管道列車(chē)” 穿越城市，當(dāng) “人工心臟” 能完美模擬人體血液循環(huán)，當(dāng)我們能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)的每一個(gè)轉(zhuǎn)向時(shí)，我們才會(huì)真正意識(shí)到：原來(lái)那些改變生活的科技，都源于對(duì) “流體運(yùn)動(dòng)” 的不斷探索。所以下次再看到水流、風(fēng)吹過(guò)，不妨多想一想：這背后，是不是又藏著流體力學(xué)的小秘密？畢竟這門(mén)學(xué)科的范疇，遠(yuǎn)不止你看到的那么簡(jiǎn)單。

在空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中，水平壓力梯度的分析對(duì)于理解側(cè)風(fēng)的發(fā)展非常重要。側(cè)風(fēng)垂直于飛行方向作用，導(dǎo)致飛機(jī)搖擺，這在起飛和著陸期間尤其具有挑戰(zhàn)性。這是因?yàn)楫?dāng)側(cè)風(fēng)從一個(gè)方向吹向另一個(gè)方向時(shí)，與背風(fēng)側(cè)相比，迎風(fēng)側(cè)的氣壓變得更高。這種水平壓力梯度力將飛機(jī)向側(cè)面推，影響穩(wěn)定性。 考慮到這些力對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的各種影響，系統(tǒng)工程師和設(shè)計(jì)人員必須考慮不同高度下的這些壓力差異，以優(yōu)化翼型設(shè)計(jì)。

方案一為電池艙空調(diào)的出風(fēng)和回風(fēng)均為自由進(jìn)出風(fēng)；方案二在電池艙空調(diào)的出風(fēng)口加裝專用風(fēng)道；方案三是在方案二的基礎(chǔ)上，局部加上風(fēng)機(jī)輔助出風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離空調(diào)的柜體能夠均分空調(diào)吹出的冷風(fēng)。3種方案的示意圖如圖1所示。

1.3 邊界條件整車(chē)空調(diào)降溫的試驗(yàn)條件為車(chē)速風(fēng)速40km/h，環(huán)境空氣溫度38℃，光照1000W/m2，內(nèi)循環(huán)，吹面模式，最大風(fēng)量，最大制冷。試驗(yàn)正式開(kāi)始前需熱浸置車(chē)輛，使得前排頭部平均溫度達(dá)到60℃。

封閉輪風(fēng)阻小，指的是沿著騎行方向。但垂直于騎行方向，阻力那就大了，封閉輪簡(jiǎn)直就像一堵墻，側(cè)風(fēng)吹來(lái)，連穩(wěn)定性都會(huì)受到影響。所以在可能存在側(cè)風(fēng)的室外自行車(chē)比賽中，一般是不用封閉輪的。即使用，也只敢用在后輪，而極少用在需要控制方向的前輪上。如果既想減阻，又想保持穩(wěn)定性，也有平衡折衷的辦法，就是用這種介于輻條車(chē)輪和封閉輪之間的“刀輪”。本期就到這啦。

參考案例-熱傳遞和輻射-共軛熱傳遞：加熱翼片導(dǎo)入?yún)⒖及咐?熱傳遞和輻射-雙流體熱交換器：汽車(chē)散熱器參考案例-熱傳遞和輻射-多零部件固體：顯卡冷卻參考案例-熱傳遞和輻射-Photon Monte Carlo 輻射：前照燈· 乘員艙舒適性 (Passenger Cabin Comfort)：模擬空調(diào)系統(tǒng)（HVAC）的出風(fēng)、氣流組織、溫度分布，避免直吹乘客產(chǎn)生不適，并快速實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)均勻的溫度調(diào)節(jié)

3.2 前格柵開(kāi)口計(jì)算結(jié)果前格柵開(kāi)口的仿真結(jié)果顯示，壓縮機(jī)表面仍有大面積超過(guò) 120℃的區(qū)域，原因推測(cè)是這個(gè)高溫的區(qū)域處于背風(fēng)側(cè)，冷風(fēng)沒(méi)有直接吹到，背風(fēng)區(qū)域的降溫效果不明顯，最高溫度為186℃，降低了約2℃，沒(méi)有滿足要求。說(shuō)明增多了的格柵進(jìn)風(fēng)并沒(méi)有吹到壓縮機(jī)的背風(fēng)面（圖12）。

圖1 某大型自升式平臺(tái)示意圖表5 某大型自升式平臺(tái)數(shù)據(jù)表從各船級(jí)社公式和對(duì)阻力計(jì)算的闡述可見(jiàn)，拖航中的風(fēng)阻力計(jì)算公式相似，也比較容易計(jì)算，摩擦阻力、剩余阻力和波浪阻力是平臺(tái)在水中所受到的阻力，用簡(jiǎn)單的公式不容易模擬計(jì)算.所以一些國(guó)外船級(jí)社都推薦用水動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行計(jì)算.