【正文】 計算結(jié)果影響不大，因此將發(fā)動機艙簡化為一個箱形結(jié)構(gòu)，尺寸參照車架后部尺寸。3 賽車外流場分析 賽車車身模型的建立及簡化對于網(wǎng)格劃分及流場計算，原車1:1的模型由于曲面過多和某些小角度的存在，會給網(wǎng)格劃分帶來較大的困難，容易產(chǎn)生不合格的網(wǎng)格，或者浮點溢出，還會大大延長計算時間，所以為了使分析計算順利進行，要對車身進行簡化。該方法擁有有限差分法的優(yōu)點，得到的離散方程組可以用迭代法求解，每次只需計算一個變量，然后依次轉(zhuǎn)換直至得到收斂解。控制體體積積分法又稱有限體積法，它是將控制方程對有限大小的控制體積進行積分，從而導(dǎo)出離散方程的一種方法。有限體積法（Finite Volume Method，記為 FVM）是 提出的一種有限差分離散方法，它屬于有限差分法的范疇。 數(shù)值計算方法有限差分法、有限元法和有限體積法是目前比較常用的三種數(shù)值計算方法。因此，標(biāo)準(zhǔn)kε模型只對完全湍流的流場有效[18]。 有效的黏性系數(shù)：。如果考慮自定義的源項，標(biāo)準(zhǔn)模型方程如下所示[18]。標(biāo)準(zhǔn)kε模型是最常用的湍流模型之一，它是半經(jīng)驗公式。因此我們可以不用考慮氣體的壓縮性，將其看作是不可壓縮流體來處理?？紤]到賽車車車速通常低于100公里/小時。計算湍流運動時要視不同的情況而選擇不同的模型，湍流模型的選取準(zhǔn)則是：流體可壓縮性問題、可行性問題、精度的要求問題、計算機的能力問題和時間的限制等[17]。CFD的求解計算可以分為三個環(huán)節(jié)：前處理、求解、后處理，： CFD計算流程圖 湍流模型計算流動是非常復(fù)雜的，所以計算機模擬計算湍流運動時，必須要使用湍流方程。但是數(shù)值模擬有其不足之處，比如如果沒有完全搞清楚湍流特性，或者對于某些問題還沒有建立出適用的數(shù)學(xué)模型，將無法運用計算機數(shù)值模擬，而且數(shù)值模擬在計算精度方面還有待提高。與傳統(tǒng)的風(fēng)洞試驗相比，CFD技術(shù)不需要制造出真實部件，就能運用計算機技術(shù)測出比較接近實際的效果，有利于節(jié)省研究費用和研發(fā)時間，而且可以更直觀、更深刻地理解汽車外流場的氣動特性。 后負(fù)升力翼與車身的距離對賽車CL、Cd的影響 后負(fù)升力翼離地高度對CL的影響 流體數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)CFD的基本思想是指把原來在時間域及空間域上連續(xù)的物理量的場，用一系列有限個離散點來代替，通過一定的原則和方法建立代數(shù)方程的變量之間的關(guān)系，然后求解一組代數(shù)方程組，獲得場變量的近似值[13]。、升力系數(shù)的關(guān)系：如果距離較小，車身上表面可能會形成局部的負(fù)壓，從而減弱負(fù)升力翼的作用；較大的距離雖然可以使賽車上方不受車身氣流干擾而較好地發(fā)揮作用，但是如果后負(fù)升力翼支架太長，賽車高速行駛時支架可能會產(chǎn)生劇烈的振動，過于劇烈的振動可能會導(dǎo)致支架的斷裂。 賽車轉(zhuǎn)向過度 賽車轉(zhuǎn)向不足 后負(fù)升力翼后負(fù)升力翼可以為賽車提供后部的下壓力，改善后輪即驅(qū)動輪的附著性能，以提高賽車發(fā)動機的效率。如果后輪附著力不足，則賽車后輪很可能打滑，導(dǎo)致賽車轉(zhuǎn)向過度。 F1賽車上復(fù)雜的前翼造型前負(fù)升力翼對賽車轉(zhuǎn)向性能有很大的影響，由于賽車的引擎布置方式是后置后驅(qū)，所以得賽車的質(zhì)心會相對比較靠后，這樣會使賽車前部有向上翹的趨勢。 升力翼厚弦比與最大升力系數(shù)關(guān)系示意圖 前負(fù)升力翼前負(fù)升力翼可以產(chǎn)生一定的負(fù)升力，增大賽車車輪的地面附著力，提高賽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向能力，此外后負(fù)升力翼引起的車頭上仰的力矩可以由前負(fù)升力翼產(chǎn)生的下壓力抵消掉一部分。但厚弦比值大致在 12%之后，氣動升力系數(shù)最大值開始下降。 氣流的附著與分離（3） 升力翼厚弦比增加，氣動升力系數(shù)最大值增大。由于攻角過大，氣流在升力翼后方出現(xiàn)分離，導(dǎo)致喪失一部分氣動升力。 攻角與翼型升力系數(shù)（2） 氣流與升力翼分離會造成失速現(xiàn)象，會大大降低升力翼的空氣動力學(xué)性能。一般來說，在不失速的前提下，增大翼型的攻角和弧度能夠得到更多氣動升力。1）升力翼的結(jié)構(gòu) ，升力翼兩端距離 b 稱為翼展長度；弦線與來流速度的夾角 稱為攻角；升力翼前后端距離 c 稱為弦長；升力翼上下表面最大距離 t 稱為弦厚。擴散器主要是利用地面效應(yīng)的原理，而前翼、尾翼完全是靠升力翼來獲得下壓力，而不同的升力翼結(jié)構(gòu)有不同的空氣動力學(xué)特性。推導(dǎo)可得賽車不發(fā)生側(cè)滑的條件：，由地面?zhèn)认蚋街?，ε是?cè) 向 附 著 系 數(shù)，所以不發(fā)生側(cè) 滑的轉(zhuǎn) 彎 最 大 速 度為： 賽車過彎時的受力情況由公式可以得出，當(dāng)輪 距、重 心 高 度的改變受到制約，汽車轉(zhuǎn)彎時輪胎的附 著 系 數(shù)即將用盡時，氣 動 負(fù) 升 力對高速轉(zhuǎn) 彎 性 能起著十分重要的作用。所以把機翼倒過來放置，就是簡單的負(fù)升力翼，氣動效果也相反，產(chǎn)生向下壓的力，即負(fù)升力（negative lift)[12]。飛機機翼的上表面比下表面更長，從而導(dǎo)致翼片上方的空氣流速要比翼片下方流速快，空氣流速增大，其密度減小，則氣壓減小，從而翼片上下產(chǎn)生了壓差，也就是升力。從方程可得，流場中某點處壓強隨流速增加而減小，因此可以通過改變障礙外形線來改變障礙物周圍流場的速度分布，進而改變周圍流場的壓力，飛機機翼之所以產(chǎn)生升力就是這個原因。由此可見，氣動力跟車速的平方成正比。賽車在強側(cè)風(fēng)工況中行駛時，氣動側(cè)向力不能忽略，但為了簡化研究，一般都認(rèn)為賽車車速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于側(cè)風(fēng)速度，因此可以忽略氣動側(cè)向力帶來的影響。 氣動力，作用在賽車上的氣動力可分為氣動阻力、氣動升力、氣動側(cè)向力。主要應(yīng)用的理論包括空氣動力學(xué)和流體數(shù)值模擬理論兩部分。具體步驟如下：1） 運用CATIA建立賽車的三維幾何模型；2） 運用ICEM做為前處理軟件，對模型進行網(wǎng)格的劃分；3） 通過FLUENT進行計算模擬，分析車身外部流場的情況；4） 設(shè)計符合賽車氣動要求的前翼和尾翼；5） 把設(shè)計好的前翼和尾翼跟原賽車模型進行裝配；6） 用同樣的方法對新模型進行計算模擬，分析車身外部流場的情況；7） 將兩次的仿真結(jié)果進行對比并得出結(jié)論。先后對賽車的初始模型和安裝空套的模型進行CFD 數(shù)值計算，研究賽車車身整體的壓力分布、賽車對稱面速度分布、整車外流場情況以及賽車側(cè)艙、前翼、尾翼等局部外流場情況，最后得到賽車的氣動阻力和氣動升力值。并且隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展，我國很多的高校和研究院也對計算流體力學(xué)加大了研究力度。但是對模型劃分的網(wǎng) 格 數(shù) 目比較少，計算的結(jié)果和精度都只相當(dāng)于國外20世紀(jì)80年代初期水平。 CFD可視化技術(shù)國內(nèi)自行設(shè)計汽車的能力比較低，并且長期以來，一直是在模仿或者直接引進國外的技術(shù)，最開始的時候主要是采用縮尺模型進行風(fēng)洞試驗研究。德國大眾汽車公司、德國戴姆勒一奔馳公司、瑞典沃爾沃汽車公司、意大利菲亞特Richerche技術(shù)中心、日本三菱公司等應(yīng)用自編程序或商業(yè)化軟件對汽車外流場卓有成效地進行了數(shù)值模擬分析，總結(jié)了很多計算模擬經(jīng)驗?？梢暬夹g(shù)已經(jīng)大量地應(yīng)用在計算流體力學(xué)的結(jié)果分析之中，這些可視化技術(shù)可以應(yīng)用和顯示在軟件之中[11]。在八十年代初期，計算流體力學(xué)的應(yīng)用還僅局限于對車身的基本形狀的模擬，但最近隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，包括后視鏡、復(fù)雜地板、車輪等復(fù)雜汽車部件都已經(jīng)實現(xiàn)了計算機模擬仿真。如今隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，在越來越多的汽車設(shè)計中已經(jīng)實現(xiàn)了計算流體力學(xué)的應(yīng)用。最初航空飛行器的設(shè)計方法有費時、造價高、所得信息量有限等不足，CFD的應(yīng)用使得原型機減少，費用降低、周期變短、實驗效果理想，因此CFD的發(fā)展得到了巨大的推動。如今汽車設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)開始廣泛地運用計算流體力學(xué)即Computational Fluid Dynamics，也就是CFD進行流體的數(shù)值模擬。近年來，隨著計算機應(yīng)用技術(shù)高速發(fā)展和湍流理論的不斷完善，用計算機來模擬風(fēng)洞試驗已經(jīng)成為了可能，基于CFD的汽車空氣動力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)在汽車造型設(shè)計中開始發(fā)揮越來越重要的作用。測試氣動阻力系數(shù)的方法主要有三種：風(fēng)洞試驗法、功率平衡法和數(shù)值計算法[8]。大量實驗觀測和理論分析結(jié)果表明，在基本流場為定常的情況下，對流動施加一定的擾動，可以使已經(jīng)分離的氣流再附著，從而可以控制尾流[7]。所以說壓差阻力是汽車氣動阻力的主要成分，而汽車尾流的形態(tài)