摘要本研究利用SolidWorks軟件建立別克電動(dòng)汽車的三維模型，并通過(guò)GAMBIT軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格的合理性和計(jì)算的準(zhǔn)確性。其次，選擇合適的湍流模型和壁面函數(shù)，設(shè)置邊界條件，運(yùn)用FLUENT軟件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。在模擬過(guò)程中，詳細(xì)分析了不同車速下的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩的分布，以及風(fēng)阻系數(shù)的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)不同車速（60km/h、80km/h、100km/h、120km/h、140km/h）下的流場(chǎng)特性進(jìn)行分析，研究了車速對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變化、氣動(dòng)力和力矩分布以及風(fēng)阻系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明，隨著車速的增加，汽車所受的空氣阻力也逐漸增加，且車身周圍的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，尤其是在車輛尾部形成了較大的渦旋區(qū)域。研究結(jié)果表明，別克電動(dòng)汽車在各工況下的平均風(fēng)阻系數(shù)約為0.34。這一數(shù)值對(duì)于指導(dǎo)電動(dòng)汽車的外形設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化具有重要意義。通過(guò)合理的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，可以有效降低風(fēng)阻系數(shù)，減少能耗，提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和能效。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；空氣動(dòng)力學(xué)；計(jì)算流體力學(xué)（CFD）；數(shù)值仿真；風(fēng)阻系數(shù)

AbstractThisstudyusedSolidWorkssoftwaretoestablishathree-dimensionalmodelofBuickelectricvehicles,andusedGAMBITsoftwareforgridpartitioningtoensuretherationalityofthegridandtheaccuracyofthecalculation.Secondly,selectappropriateturbulencemodelsandwallfunctions,setboundaryconditions,anduseFLUENTsoftwarefornumericalsimulationcalculations.Duringthesimulationprocess,adetailedanalysiswasconductedontheflowfieldstructure,aerodynamicforceandtorquedistributionatdifferentvehiclespeeds,aswellasthevariationlawofthedragcoefficient.Byanalyzingtheflowfieldcharacteristicsatdifferentspeeds(60km/h,80km/h,100km/h,120km/h,140km/h),theeffectsofvehiclespeedonthestructuralchangesoftheflowfield,aerodynamicforceandtorquedistribution,andwindresistancecoefficientwerestudied.Theresearchresultsindicatethatasthevehiclespeedincreases,theairresistanceexperiencedbythevehiclegraduallyincreases,andtheflowfieldstructurearoundthevehiclebodyundergoessignificantchanges,especiallytheformationofalargevortexareaattherearofthevehicle.TheresearchresultsindicatethattheaveragedragcoefficientofBuickelectricvehiclesundervariousoperatingconditionsisabout0.34.Thisvalueisofgreatsignificanceforguidingtheexteriordesignandperformanceoptimizationofelectricvehicles.Throughreasonableaerodynamicdesign,thedragcoefficientcanbeeffectivelyreduced,energyconsumptioncanbereduced,andtherangeandenergyefficiencyofelectricvehiclescanbeimproved.Keywords：electricvehicles;Aerodynamics;ComputationalFluidDynamics(CFD);Numericalsimulation;dragcoefficient

目錄第1章緒論 第1章緒論1.1研究背景在現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展中，隨著能源危機(jī)的加劇和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，如何提升汽車的能效并減少對(duì)環(huán)境的影響成為了設(shè)計(jì)和研發(fā)中的重要課題。在眾多影響因素中，汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能顯得尤為關(guān)鍵，它不僅直接影響汽車的能耗，還與汽車的穩(wěn)定性、安全性、舒適性密切相關(guān)。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的快速發(fā)展和市場(chǎng)份額的不斷加大，對(duì)其空氣動(dòng)力學(xué)性能的研究成為研究的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車由于其獨(dú)特的動(dòng)力系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)布局，相比傳統(tǒng)燃油汽車在空氣動(dòng)力學(xué)特性存在不同，這些差異要求開(kāi)發(fā)新的理論模型和仿真方法以深入理解和優(yōu)化電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能。在此背景下，計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)作為一種高效的數(shù)值模擬工具，為汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究提供了新的解決方案。通過(guò)CFD技術(shù)，研究人員可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建汽車的詳細(xì)流場(chǎng)模型，模擬汽車行駛時(shí)周圍空氣的流動(dòng)情況，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)汽車受到的氣動(dòng)力和力矩，分析不同設(shè)計(jì)方案對(duì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響。這種方法不僅大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，而且可以在設(shè)計(jì)的早期階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化，極大地加速了新型汽車設(shè)計(jì)的研發(fā)周期。然而，盡管CFD技術(shù)在汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中展現(xiàn)出巨大的潛力，但在應(yīng)用過(guò)程中仍面臨著許多問(wèn)題。首先，汽車外流場(chǎng)的數(shù)值仿真需要解決的物理問(wèn)題極其復(fù)雜，包括湍流、流體與固體邊界的相互作用等，這些問(wèn)題對(duì)數(shù)值模型的準(zhǔn)確性提出了較高要求。其次，汽車的幾何形狀復(fù)雜，對(duì)網(wǎng)格生成提出了更高的要求，如何在保證計(jì)算精度的同時(shí)控制計(jì)算成本，是CFD仿真中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。此外，隨著仿真精度要求的提高，計(jì)算資源的需求也隨之增加，如何有效地利用有限的計(jì)算資源，提高仿真效率，也是當(dāng)前研究中需要解決的問(wèn)題之一。針對(duì)以上問(wèn)題，本文主要深入探討基于CFD的別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值模擬與分析。通過(guò)建立高精度的數(shù)值仿真模型，研究不同速度下電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性，包括流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)力分布，以及風(fēng)阻系數(shù)的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的詳細(xì)分析，找出影響電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的因素，為電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[1]。近年來(lái)，隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為了汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的重要手段。通過(guò)數(shù)值模擬，科研人員可以更加直觀地了解汽車在不同工況下的空氣動(dòng)力學(xué)特性，為汽車的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供有力的理論支持。別克電動(dòng)汽車，作為新能源汽車的代表，其外流場(chǎng)的數(shù)值模擬與分析，對(duì)于提高電動(dòng)汽車的性能，推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具有重要的意義。1.2課題研究的目的及意義在汽車工業(yè)的發(fā)展歷程中，隨著全球?qū)δ茉聪暮铜h(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，汽車的能效和環(huán)境友好性成為設(shè)計(jì)和研發(fā)中的重要指標(biāo)。這種趨勢(shì)不僅適用于傳統(tǒng)的燃油動(dòng)力汽車，更在新興的電動(dòng)汽車領(lǐng)域顯得極為重要。電動(dòng)汽車以其零排放的優(yōu)點(diǎn)正逐漸成為未來(lái)汽車市場(chǎng)的主流，但電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和能源利用效率仍然是限制其廣泛推廣的關(guān)鍵因素之一。在眾多影響電動(dòng)汽車性能的因素中，汽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性占據(jù)了重要的位置。一個(gè)優(yōu)化的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)不僅可以顯著降低車輛行駛過(guò)程中的空氣阻力，提高能源利用效率，還可以增強(qiáng)車輛的穩(wěn)定性和舒適性，從而提升整車性能。因此，深入研究電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性，探索有效的流場(chǎng)控制和優(yōu)化策略，對(duì)于提升電動(dòng)汽車的綜合性能具有重要意義?；诖吮尘埃狙芯恐荚谕ㄟ^(guò)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)深入分析別克電動(dòng)汽車的外流場(chǎng)特性，揭示其空氣動(dòng)力學(xué)性能的基本原理，從而為電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。在電動(dòng)汽車的研發(fā)過(guò)程中，精確預(yù)測(cè)和評(píng)估車輛的氣動(dòng)特性是一項(xiàng)極其重要也充滿挑戰(zhàn)的任務(wù)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法如風(fēng)洞試驗(yàn)雖然可以提供較為直觀的氣動(dòng)力測(cè)量結(jié)果，但其成本高昂，且在某些復(fù)雜的流場(chǎng)條件下難以實(shí)施。與此相比，CFD技術(shù)以其高效、低成本的特點(diǎn)成為了一種強(qiáng)有力的替代方案。通過(guò)對(duì)別克電動(dòng)汽車模型進(jìn)行精細(xì)化的網(wǎng)格劃分，并運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值求解方法模擬車輛周圍的流場(chǎng)，本研究不僅可以預(yù)測(cè)車輛在不同行駛狀態(tài)下的氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩，還可以深入分析流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，識(shí)別影響氣動(dòng)性能的關(guān)鍵因素。此外，考慮到電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)和車身結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)燃油汽車有所不同，這些差異可能會(huì)對(duì)車輛的空氣動(dòng)力學(xué)特性產(chǎn)生影響[2]。因此，本研究還將探討這些特殊構(gòu)造對(duì)別克電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響，通過(guò)對(duì)比分析不同車速下的外流場(chǎng)仿真結(jié)果，本文旨在揭示電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能隨車速變化的規(guī)律。1.3汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀在全球范圍內(nèi)，汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究已經(jīng)成為了汽車工程領(lǐng)域中極為活躍的一個(gè)分支，尤其是在歐美和日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，其研究深度和廣度都已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平。這些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和汽車制造商不僅在理論研究上取得了突破，而且在實(shí)際應(yīng)用中也實(shí)現(xiàn)了顯著的成效，為提升汽車性能、降低能耗、減少環(huán)境污染做出了重要貢獻(xiàn)。隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和能源效率的日益重視，汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究受到了更多的關(guān)注，特別是在新能源汽車，尤其是電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性研究上，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)展現(xiàn)出了極大的熱情和投入。在歐美國(guó)家，許多頂尖的汽車制造商和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)建立了先進(jìn)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，并配備了高性能的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，用于汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的測(cè)試和仿真分析[2]。這些實(shí)驗(yàn)室不僅能夠進(jìn)行常規(guī)的氣動(dòng)力測(cè)量，還能進(jìn)行更為復(fù)雜的流場(chǎng)可視化和瞬態(tài)流動(dòng)特性研究，如湍流結(jié)構(gòu)、車輛周圍的細(xì)小渦流等，這些研究對(duì)于理解復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象、優(yōu)化車輛外形設(shè)計(jì)具有重要意義。同時(shí)，這些研究機(jī)構(gòu)在湍流模型的開(kāi)發(fā)、數(shù)值求解算法的改進(jìn)、邊界條件處理等方面也取得了顯著進(jìn)展，顯著提高了CFD仿真的準(zhǔn)確性和效率[3]。除了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真方法的發(fā)展外，國(guó)外在汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的應(yīng)用領(lǐng)域也展現(xiàn)出了極大的創(chuàng)新性和前瞻性。例如，一些研究集中在通過(guò)優(yōu)化車輛外形設(shè)計(jì)來(lái)減少空氣阻力，如車體的流線型設(shè)計(jì)、尾部的錐形或斜切設(shè)計(jì)等，這些設(shè)計(jì)能夠有效減少車輛尾部的渦流分離，從而降低空氣阻力[4]。另外，還有研究聚焦于車輛的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如外后視鏡的氣動(dòng)優(yōu)化、車輪罩的流線型設(shè)計(jì)、底盤的平整處理等，這些細(xì)節(jié)的優(yōu)化同樣對(duì)減少空氣阻力、提升汽車整體性能有著不可忽視的作用[5]。近年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，國(guó)外的汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究更加注重于電動(dòng)汽車特有的設(shè)計(jì)需求和性能指標(biāo)。電動(dòng)汽車由于其獨(dú)特的動(dòng)力結(jié)構(gòu)和能源系統(tǒng)，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)特性有著特別的要求[11]。例如，電動(dòng)汽車為了提高續(xù)航里程，對(duì)空氣阻力的控制要求更為嚴(yán)格；同時(shí)，電池的冷卻系統(tǒng)也需要考慮到空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，以保證電池系統(tǒng)的有效散熱[12]。1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀隨著中國(guó)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)汽車性能要求的不斷提高，汽車空氣動(dòng)力學(xué)在國(guó)內(nèi)的研究也得到了空前的重視。國(guó)內(nèi)的汽車制造商和研究機(jī)構(gòu)積極引進(jìn)和吸收國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)和理念，同時(shí)也在探索符合國(guó)情的研究路徑和創(chuàng)新方法。在這一過(guò)程中，中國(guó)學(xué)者不僅在理論研究上取得了一系列重要進(jìn)展，而且在實(shí)際應(yīng)用中也展現(xiàn)出了顯著的成效，特別是在新能源汽車尤其是電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)特性研究方面，取得了一系列具有國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果[8]。國(guó)內(nèi)在汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究中，大量采用了計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，通過(guò)高性能計(jì)算機(jī)來(lái)模擬和分析汽車在不同行駛狀態(tài)下的流場(chǎng)特性。這一方法相對(duì)于傳統(tǒng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)具有成本低、周期短、可視化程度高等優(yōu)點(diǎn)[9]。國(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)在CFD仿真技術(shù)的應(yīng)用上進(jìn)行了大量的探索和創(chuàng)新，不僅在流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬算法、湍流模型等方面取得了進(jìn)展，而且在模擬的準(zhǔn)確性和仿真效率上都有顯著提升[10]。這些技術(shù)的極大地促進(jìn)了國(guó)內(nèi)汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的深入發(fā)展。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的研究還著重于探討和解決實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)傳統(tǒng)汽車和新能源汽車在空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中的差異，國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了大量的對(duì)比研究，嘗試找到最佳的流線型設(shè)計(jì)，以減少空氣阻力和提升車輛的能源效率[11]。國(guó)內(nèi)在汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的應(yīng)用方面也展現(xiàn)出了明顯的特色，許多國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)不僅關(guān)注于車輛性能的提升，還特別重視汽車空氣動(dòng)力學(xué)特性對(duì)行駛噪音、車內(nèi)舒適性等方面的影響[13]。通過(guò)對(duì)車輛周圍流場(chǎng)的細(xì)致研究，優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)和外形設(shè)計(jì)，旨在降低行駛中的風(fēng)噪，提升乘客的駕乘體驗(yàn)。這一方面的研究不僅體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的全面性和深入性，也展現(xiàn)了國(guó)內(nèi)研究在滿足市場(chǎng)和消費(fèi)者需求方面的應(yīng)用導(dǎo)向性。國(guó)內(nèi)的汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究雖然起步較晚，但在近年來(lái)的快速發(fā)展中，不僅逐漸追趕上國(guó)際先進(jìn)水平，而且在某些特定領(lǐng)域展現(xiàn)出了獨(dú)到的創(chuàng)新和優(yōu)勢(shì)。在新能源汽車特別是電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)與企業(yè)的緊密合作，針對(duì)電動(dòng)汽車的特性進(jìn)行了大量的專項(xiàng)研究。這些研究不僅包括對(duì)電動(dòng)汽車外形的流線優(yōu)化，還涉及到電池冷卻系統(tǒng)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)，以及電動(dòng)機(jī)和電控系統(tǒng)的散熱問(wèn)題[14]。通過(guò)這些綜合性的研究，國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車在續(xù)航能力、能源效率以及駕乘舒適性方面取得了顯著的提升，部分產(chǎn)品甚至在國(guó)際市場(chǎng)上也展現(xiàn)出了競(jìng)爭(zhēng)力。在技術(shù)研究和應(yīng)用的同時(shí)，國(guó)內(nèi)在汽車空氣動(dòng)力學(xué)教育和人才培養(yǎng)方面也投入了大量的資源。眾多高等院校和研究機(jī)構(gòu)設(shè)立了專門的課程和研究方向，致力于培養(yǎng)具有國(guó)際視野的汽車空氣動(dòng)力學(xué)專家。這些專家和人才的涌現(xiàn)，為國(guó)內(nèi)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展提供了強(qiáng)大的智力支持[15]。同時(shí)，國(guó)內(nèi)的汽車企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也越來(lái)越重視與國(guó)際同行的交流和合作，通過(guò)參加國(guó)際會(huì)議、合作項(xiàng)目等方式，吸收國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)和理念，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)外在汽車空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)交流和合作。作為一個(gè)正在崛起的大國(guó)，中國(guó)的汽車工業(yè)發(fā)展雖然起步比其他發(fā)達(dá)國(guó)家晚，但在過(guò)去幾十年中已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。不過(guò)，在國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中，本土品牌與國(guó)際品牌之間的差距仍然較為明顯，自主研發(fā)水平相對(duì)較低。為了彌補(bǔ)這一差距，國(guó)內(nèi)汽車廠商與國(guó)際品牌簽署了一系列合資協(xié)議，希望通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和市場(chǎng)開(kāi)拓來(lái)加速發(fā)展。雖然目前我國(guó)汽車工業(yè)已經(jīng)取得了一些成績(jī)，但仍需要加強(qiáng)自主研發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新，不斷提高汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能和整體技術(shù)水平，從而贏得更大的市場(chǎng)和更好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因與汽車工業(yè)的復(fù)雜性、國(guó)外合作廠商對(duì)核心技術(shù)的保密有關(guān)，并且與國(guó)內(nèi)廠商的思想觀念緊密相連。雖然我國(guó)有大量的汽車廠商，但是由于缺乏對(duì)CFD技術(shù)重要性的認(rèn)識(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略規(guī)劃，在汽車風(fēng)洞和虛擬風(fēng)洞方面，國(guó)內(nèi)的汽車廠商的建設(shè)相對(duì)滯后，這導(dǎo)致了本地自主生產(chǎn)的汽車在外觀形狀及性能方面與國(guó)外巨頭生產(chǎn)的汽車存在著很大的差距。盡管我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展在過(guò)去并不盡如人意，然而，近年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出顯著的進(jìn)步態(tài)勢(shì)。因此，對(duì)汽車空氣動(dòng)力特性的理論研究與工程應(yīng)用就顯得更加重要了。在國(guó)家的資助下，傅立敏教授等老一輩科技專家對(duì)汽車空氣動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，并出版了大量專業(yè)書(shū)籍和論文，從而培養(yǎng)了大量高素質(zhì)的專業(yè)人才。在汽車空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，谷正氣教授等其他學(xué)者也展開(kāi)了深入的研究，并出版了相關(guān)的專著和論文[16]。同時(shí)，同濟(jì)大學(xué)的楊志剛教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了近5年時(shí)間建設(shè)了國(guó)內(nèi)第一個(gè)汽車風(fēng)洞一一上海地面交通工具風(fēng)洞中心，并于2009年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。該風(fēng)洞不僅可以為國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)的研發(fā)提供服務(wù)，而且費(fèi)用比國(guó)外風(fēng)洞要便宜更多，可以幫助國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的汽車攻克最后的難關(guān)[17]。這些進(jìn)步表明，國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)正朝著更加專業(yè)化、高效化的方向發(fā)展，并且在汽車空氣動(dòng)力學(xué)方面取得了一定程度的成功。這些重大成果對(duì)我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展非常有益，不僅證明了在汽車空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究水平有了很大提升，也為促進(jìn)我國(guó)汽車空氣動(dòng)力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。1.4汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容及研究方法1.4.1汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容在當(dāng)代汽車工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，空氣動(dòng)力學(xué)的研究已成為了一個(gè)不可或缺的部分，這一點(diǎn)在電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中表現(xiàn)得尤為明顯。汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容廣泛而深入，涵蓋了從理論研究、數(shù)值仿真到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多個(gè)方面。這些研究不僅旨在降低汽車行駛過(guò)程中的空氣阻力，提高能源效率，還包括了提升汽車的行駛穩(wěn)定性、安全性、舒適性等方面的目標(biāo)。在數(shù)值仿真方面，隨著計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的發(fā)展，汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究逐漸依賴于高精度的數(shù)值模擬方法來(lái)預(yù)測(cè)汽車周圍的流場(chǎng)特性。這包括了對(duì)不同車速、不同車體形狀、不同外部條件下汽車周圍流場(chǎng)的模擬分析。在這一過(guò)程中，研究者需要建立精確的汽車模型，選擇合適的湍流模型，設(shè)置準(zhǔn)確的邊界條件和初始條件，以及采用高效的數(shù)值求解器。通過(guò)數(shù)值仿真，研究者能夠獲得關(guān)于氣動(dòng)力（如升力、阻力）為汽車設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中不可或缺的一環(huán)。通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、道路測(cè)試等方式，研究者可以直觀地觀察和測(cè)量汽車在實(shí)際行駛條件下的氣動(dòng)特性。這些實(shí)驗(yàn)不僅可以用來(lái)驗(yàn)證數(shù)值仿真的準(zhǔn)確性，還可以幫助研究者探索新的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理念。例如，通過(guò)在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中使用煙霧、涂料或者空氣線流可視化技術(shù)，研究者可以直觀地觀察流體在汽車表面的流動(dòng)情況，識(shí)別流體分離點(diǎn)、渦流生成區(qū)等關(guān)鍵區(qū)域，為汽車外形的優(yōu)化提供直接的參考。1.4.2汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究方法通過(guò)結(jié)合理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多種研究方法，研究者能夠從不同角度和層面上理解和優(yōu)化汽車的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)。數(shù)值仿真作為當(dāng)前汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中使用最為廣泛的方法之一，依托于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)。CFD技術(shù)使研究者能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)預(yù)測(cè)復(fù)雜流場(chǎng)中的流體行為，包括流體流過(guò)汽車表面時(shí)的速度分布、壓力分布以及氣動(dòng)力等。在數(shù)值仿真過(guò)程中，通過(guò)建立精確的汽車三維模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)格劃分，研究者可以在各種操作條件下模擬汽車周圍的流場(chǎng)。此外，選擇合適的湍流模型、邊界條件和初始條件對(duì)于提高仿真的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值仿真方法不斷優(yōu)化，仿真效率和準(zhǔn)確性都有了顯著提高，為汽車空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了有力的工具。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究中的另一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它能夠提供最直接的氣動(dòng)特性數(shù)據(jù)。通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，研究者可以在控制的環(huán)境中模擬汽車行駛時(shí)的氣動(dòng)條件，測(cè)量車體表面的壓力分布、流場(chǎng)的速度分布以及汽車所受的氣動(dòng)力和力矩等。除了傳統(tǒng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)外，道路測(cè)試也是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中重要的一部分，它可以在實(shí)際行駛條件下評(píng)估汽車的氣動(dòng)特性。此外，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，如粒子圖像測(cè)速（PIV）、激光多普勒測(cè)速儀（LDV）等高級(jí)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精度和可靠性。1.5本文的主要研究?jī)?nèi)容研究深入探討了基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值模擬與分析，旨在通過(guò)綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多種研究方法，全面評(píng)估和優(yōu)化電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能。在汽車工業(yè)中，隨著環(huán)保意識(shí)的提升和能源消耗的日益關(guān)注，電動(dòng)汽車因其高能效和低排放特性成為發(fā)展的重點(diǎn)。然而，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和整體性能受到其空氣動(dòng)力學(xué)特性的顯著影響，因此，深入研究電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)于提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。本文利用先進(jìn)的CFD軟件對(duì)別克電動(dòng)汽車的外流場(chǎng)進(jìn)行了深入的模擬和分析。通過(guò)建立精確的三維車輛模型，并進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分，本文詳細(xì)分析了不同行駛條件下汽車周圍的流場(chǎng)特性，包括流速分布、壓力分布及氣動(dòng)力的計(jì)算。數(shù)值仿真的結(jié)果不僅揭示了電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的內(nèi)在機(jī)制，還為車輛設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)。

第2章別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值仿真模擬計(jì)算概述2.1別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值模擬簡(jiǎn)介在當(dāng)今汽車工業(yè)中，電動(dòng)汽車因其環(huán)保和能效高的特性而日益受到重視。隨著技術(shù)的進(jìn)步和消費(fèi)者需求的增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車的性能優(yōu)化成為了研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)之一。在眾多性能優(yōu)化方向中，空氣動(dòng)力學(xué)性能的提升頗為關(guān)鍵，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到汽車的能源效率和續(xù)航能力。針對(duì)這一需求，別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究應(yīng)運(yùn)而生，旨在通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)深入探究電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中的空氣動(dòng)力學(xué)特性，從而為車輛設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)[19]。別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究首先關(guān)注于建立一個(gè)精確的車輛三維模型。這一步驟是整個(gè)數(shù)值模擬過(guò)程的基礎(chǔ)，要求高度還原車輛的幾何特性，包括車身曲線、輪胎形狀以及其他可能影響流場(chǎng)的細(xì)節(jié)部件。在建立模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的密度直接影響到仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算的效率。通過(guò)對(duì)車輛模型進(jìn)行細(xì)致的網(wǎng)格化處理，為接下來(lái)的流場(chǎng)模擬計(jì)算打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨后，本研究選用合適的湍流模型來(lái)描述和模擬汽車外流場(chǎng)的復(fù)雜流動(dòng)情況。湍流模型的選擇取決于流動(dòng)的特性及研究的具體需求，對(duì)于汽車外流場(chǎng)而言，通常需要選取能夠精確捕捉到邊界層內(nèi)外流動(dòng)變化的模型。在設(shè)定好湍流模型后，通過(guò)設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，啟動(dòng)CFD軟件進(jìn)行流場(chǎng)仿真計(jì)算。這些條件包括但不限于車速、環(huán)境壓力、溫度等，它們共同構(gòu)成了數(shù)值模擬的物理環(huán)境，確保模擬過(guò)程的真實(shí)性和可靠性。在數(shù)值仿真計(jì)算過(guò)程中，研究重點(diǎn)放在了分析別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的特性，特別是流場(chǎng)中的速度分布、壓力分布以及汽車所受的氣動(dòng)力等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)細(xì)致的分析，能夠揭示電動(dòng)汽車在不同速度下的空氣動(dòng)力學(xué)行為，識(shí)別導(dǎo)致空氣阻力增加的流動(dòng)特征和區(qū)域，如渦流脫落、流體分離等現(xiàn)象。此外，研究還深入探討了如何通過(guò)改進(jìn)汽車的外形設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化這些流動(dòng)特性，以減少空氣阻力，提高汽車的能源效率和續(xù)航里程。2.2計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)介計(jì)算流體力學(xué)（CFD），作為現(xiàn)代工程和物理科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，是利用數(shù)值分析和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)分析和解決涉及流體流動(dòng)的問(wèn)題的科學(xué)。通過(guò)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的控制方程進(jìn)行數(shù)值求解，CFD能夠模擬液體和氣體在各種條件下的流動(dòng)行為，包括流速、壓力、溫度分布等流體物理量的變化[16]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，CFD已成為設(shè)計(jì)和優(yōu)化流體流動(dòng)相關(guān)設(shè)備的強(qiáng)大工具，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境工程等多個(gè)領(lǐng)域。CFD的核心在于對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的控制方程——納維爾-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的求解。這些方程描述了流體粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是一組復(fù)雜的非線性偏微分方程，直接求解極為困難。因此，CFD通過(guò)離散化方法，將連續(xù)的流體域劃分成有限的離散單元，轉(zhuǎn)化為可以通過(guò)數(shù)值方法求解的代數(shù)方程組。這一過(guò)程涉及到網(wǎng)格生成、方程離散、求解算法選擇以及結(jié)果可視化等一系列步驟。在網(wǎng)格生成階段，CFD通過(guò)劃分計(jì)算域，建立流體流動(dòng)的計(jì)算模型。網(wǎng)格的類型和密度直接影響到計(jì)算的精度和效率，因此，如何合理選擇網(wǎng)格類型（如結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）和確定網(wǎng)格大小成為CFD仿真的關(guān)鍵問(wèn)題之一。離散化方程是CFD仿真的下一步，它包括將連續(xù)的控制方程轉(zhuǎn)換為離散形式，常見(jiàn)的離散方法有有限差分法（FDM）、有限體積法（FVM）和有限元法（FEM）。這些方法有各自的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍，其中有限體積法因其在流體力學(xué)中的廣泛適用性而成為CFD中最常用的離散方法之一。求解離散化方程組是CFD仿真中的核心部分，涉及到迭代求解器的選擇和求解策略的制定。高效的求解器能夠確保數(shù)值仿真的快速收斂和高精度結(jié)果。最后，CFD通過(guò)可視化技術(shù)將計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)，包括速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)等的分布，這些直觀的圖像和數(shù)據(jù)對(duì)于分析流體流動(dòng)特性、指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)具有重要意義。隨著計(jì)算力的不斷增強(qiáng)和數(shù)值方法的持續(xù)優(yōu)化，CFD在模擬復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象方面的能力不斷提升，如能夠處理多相流、反應(yīng)流、湍流等高級(jí)流動(dòng)現(xiàn)象。同時(shí)，CFD軟件的用戶友好性也在不斷增強(qiáng)，使得非專業(yè)用戶也能夠進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)分析，極大地拓寬了CFD的應(yīng)用領(lǐng)域。盡管CFD提供了強(qiáng)大的流體分析能力，但其準(zhǔn)確性和可靠性仍然受到計(jì)算模型設(shè)定、網(wǎng)格劃分質(zhì)量、物理模型選擇等多種因素的影響，因此，在進(jìn)行CFD仿真時(shí)，合理的簡(jiǎn)化假設(shè)、準(zhǔn)確的模型設(shè)定及充分的結(jié)果驗(yàn)證是確保仿真結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。此外，為了提高模擬的實(shí)用性和精確度，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較和驗(yàn)證也成為了CFD研究中不可或缺的一部分。通過(guò)對(duì)比仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值，研究者可以評(píng)估模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步校準(zhǔn)和優(yōu)化模擬參數(shù)，提高模擬的預(yù)測(cè)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，CFD仿真的一個(gè)重要方向是優(yōu)化設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，通過(guò)CFD仿真可以快速評(píng)估設(shè)計(jì)方案的流體動(dòng)力學(xué)性能[10]，識(shí)別設(shè)計(jì)中的潛在問(wèn)題，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)的調(diào)整和優(yōu)化。這種方法相比傳統(tǒng)的試錯(cuò)法更為高效，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。特別是在航空航天、汽車工業(yè)等對(duì)流體動(dòng)力學(xué)性能要求極高的領(lǐng)域，CFD仿真已成為設(shè)計(jì)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)工具之一。隨著多學(xué)科耦合仿真技術(shù)的發(fā)展，CFD仿真也正向著與結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)等其他物理場(chǎng)耦合的方向發(fā)展，形成更為復(fù)雜的多物理場(chǎng)仿真。這類仿真能夠更全面地模擬實(shí)際工作條件下的物理過(guò)程，為復(fù)雜工程問(wèn)題的解決提供了可能。例如，在汽車外流場(chǎng)仿真中，不僅需要考慮空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，還可能需要考慮車輛散熱、內(nèi)部空調(diào)流動(dòng)等因素，這就要求CFD仿真能夠與熱傳遞仿真等其他類型的仿真進(jìn)行有效的耦合。

第3章MIRA別克電動(dòng)汽車計(jì)算模型的建立3.1別克電動(dòng)汽車模型的選擇本文所選的別克電動(dòng)汽車模型為MIRA模型，MIRA模型是在20世紀(jì)80年代由北美和歐洲為進(jìn)行風(fēng)洞修正研究而創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)化別克電動(dòng)汽車模型，在別克電動(dòng)汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。GAMBIT軟件和FLUENT軟件是計(jì)算流體力學(xué)（CFD）領(lǐng)域中廣泛使用的兩款軟件，它們分別承擔(dān)著CFD仿真流程中的預(yù)處理和求解任務(wù)。GAMBIT以其強(qiáng)大的網(wǎng)格生成能力而著稱，能夠處理復(fù)雜的幾何模型并生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，這對(duì)于后續(xù)的數(shù)值模擬至關(guān)重要。它支持多種網(wǎng)格類型，包括結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化以及混合網(wǎng)格，以適應(yīng)不同類型的流動(dòng)和物理問(wèn)題的求解需求。用戶可以通過(guò)GAMBIT進(jìn)行模型的幾何建模、網(wǎng)格劃分和邊界條件的設(shè)定，為仿真計(jì)算打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。FLUENT軟件則專注于CFD仿真的求解和后處理階段，提供了豐富的物理模型和求解算法，能夠模擬多種流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題。FLUENT具備高效的求解器，可以處理復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象，如湍流、多相流和反應(yīng)流等。此外，F(xiàn)LUENT還提供了強(qiáng)大的后處理功能，用戶可以通過(guò)其直觀的圖形界面對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行可視化分析，如流線圖、壓力分布圖和溫度場(chǎng)圖等，從而深入理解流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，驗(yàn)證和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。兩者的結(jié)合使用，使得從模型建立到結(jié)果分析的整個(gè)CFD仿真過(guò)程更加高效和準(zhǔn)確，為工程師和研究人員提供了強(qiáng)有力的工具，以解決實(shí)際工程中的流體力學(xué)問(wèn)題。在MIRA別克電動(dòng)汽車計(jì)算模型的建立中，GAMBIT和FLUENT的協(xié)同工作確保了仿真過(guò)程的順利進(jìn)行，為研究提供了可靠的技術(shù)支持。3.1.1別克電動(dòng)汽車模型的選定MIRA模型有:階背式(notchback)、快背式(fastback)、方背式(squareback)、皮卡(pickup)共四種形式，對(duì)應(yīng)圖3.1中A、B、C、D四種尺寸。當(dāng)前家庭用車普遍采用的型號(hào)是圖3.1所示的B型號(hào)，即MIRA快背式別克電動(dòng)汽車模型。為此，本文選擇了MIRA快背轎車的尺寸作為所建車型的尺寸[17]。3.1.2別克電動(dòng)汽車模型的尺寸別克電動(dòng)汽車模型尺寸代號(hào)如圖3.1所示，車身結(jié)構(gòu)尺寸如表3.1所示。圖3.1尺寸標(biāo)注圖表3.1車身結(jié)構(gòu)尺寸表序號(hào)名稱尺寸（mm）1總長(zhǎng)41652總寬16253總高14214軸距25405輪距12706發(fā)動(dòng)機(jī)罩長(zhǎng)度10557正投影面積m21.8568后端長(zhǎng)度13209行李箱長(zhǎng)度75010前懸53511頂棚高度50812下車身高度70813離地間隙20514倒角半徑15215頂棚寬度142016快背到尾部距離10017輪胎寬度18018輪胎半徑30519車窗下沿距離7103.1.3別克電動(dòng)汽車模型的簡(jiǎn)化在模擬仿真中，網(wǎng)格劃分耗時(shí)很長(zhǎng)，甚至超過(guò)了一半的仿真時(shí)間。同時(shí)，網(wǎng)格劃分經(jīng)常會(huì)遇到質(zhì)量很低的情況。尤其是在曲率較大、夾角較小的位置。這些問(wèn)題給仿真帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。低質(zhì)量的網(wǎng)格會(huì)帶給求解器負(fù)體積，低網(wǎng)格質(zhì)量會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果的可靠性造成很大的影響，因此在進(jìn)行仿真模擬時(shí)，要盡可能避免使用低質(zhì)量的網(wǎng)格。如果使用低質(zhì)量的網(wǎng)格進(jìn)行仿真，結(jié)果將明顯偏離真實(shí)情況，這樣的仿真模擬也就失去了意義。同時(shí)為了方便計(jì)算對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略了別克電動(dòng)汽車模型車輪部分、后視鏡等部分的繪制。3.2別克電動(dòng)汽車三維模型的建立SolidWorks是一款強(qiáng)大的3DCAD軟件，由DassaultSystèmes公司開(kāi)發(fā)，主要用于機(jī)械工程、汽車工程、航空航天工程、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)。該軟件提供豐富的工具和功能，幫助用戶快速設(shè)計(jì)和建模復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。1.易于學(xué)習(xí)和使用：有著直觀和用戶友好的界面，使得初學(xué)者也能夠快速了解其各種工具和功能。2.強(qiáng)大的建模能力：包括2D草圖和3D模型，支持多種幾何體、曲面、草圖工具和模型特征等。3.高效的編輯和修改能力：用戶可以通過(guò)輕松的拖動(dòng)、拉伸、旋轉(zhuǎn)等方式修改模型，使其更加符合需求。4.完善的協(xié)作和通信：該軟件支持多種文件格式，如DXF、DWG等，用戶可以快速共享、交流和協(xié)作。5.智能化設(shè)計(jì)：SolidWorks通過(guò)一系列的智能化設(shè)計(jì)工具，例如特征識(shí)別，精準(zhǔn)地建模復(fù)雜的零部件。6.全面的工程分析：該軟件提供了一系列的分析工具，可以進(jìn)行強(qiáng)度分析、流體分析、熱分析等，以幫助用戶評(píng)估設(shè)計(jì)質(zhì)量和性能。7.模板庫(kù)和插件支持：SolidWorks有著豐富的模板庫(kù)和插件，在建模、協(xié)作、分析等方面提供了更好的支持?？傊?，SolidWorks是一款先進(jìn)、高效的3DCAD軟件，其強(qiáng)大的建模、編輯、協(xié)作和分析能力，使其成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具的翹楚之一。無(wú)論是新手還是專業(yè)設(shè)計(jì)師，都可以在其廣泛的的工程領(lǐng)域中得到應(yīng)用。本文從圖3.1和表3.1的數(shù)據(jù)出發(fā)，利用SolidWorks3D造型軟件對(duì)該別克電動(dòng)汽車進(jìn)行了建模，如下圖3.2所示:圖3.2MIRA別克電動(dòng)汽車三維模型3.3數(shù)值模擬計(jì)算軟件的選擇CFD方法在處理工程中的應(yīng)用，一般包括預(yù)處理，求解，以及后處理三個(gè)階段。選擇合適的軟件需要根據(jù)具體需求，比如計(jì)算模型的復(fù)雜程度，所需計(jì)算資源等來(lái)進(jìn)行權(quán)衡和選擇。3.3.1前處理器的選擇在進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)（CFD）仿真時(shí)，選擇合適的數(shù)值模擬計(jì)算軟件是至關(guān)重要的。前處理器作為CFD軟件套件中的一部分，負(fù)責(zé)將復(fù)雜的物理問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)值問(wèn)題，為求解器提供必要的輸入數(shù)據(jù)。前處理器的選擇直接影響到網(wǎng)格生成的質(zhì)量、邊界條件的設(shè)定以及仿真的準(zhǔn)確性和效率。在本研究中，選擇了GAMBIT作為前處理器。GAMBIT是一款由ANSYS公司開(kāi)發(fā)的高級(jí)三維幾何建模和網(wǎng)格劃分軟件，它廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域的數(shù)值仿真中，尤其在汽車空氣動(dòng)力學(xué)仿真中有著廣泛的應(yīng)用。GAMBIT的強(qiáng)大功能和靈活性使其成為前處理階段的理想選擇。GAMBIT提供了豐富的幾何建模工具，允許用戶直接在軟件中創(chuàng)建或?qū)胍延械腃AD模型。這些模型可以是簡(jiǎn)單的幾何體，也可以是復(fù)雜的汽車外形。GAMBIT支持多種CAD格式的導(dǎo)入，確保了與不同設(shè)計(jì)工具的兼容性。在導(dǎo)入模型后，用戶可以利用GAMBIT提供的各種編輯工具對(duì)模型進(jìn)行修改和優(yōu)化，以滿足仿真的特定需求。網(wǎng)格生成是前處理階段的核心任務(wù)之一。GAMBIT在這方面表現(xiàn)出色，它支持多種網(wǎng)格類型，包括結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和混合網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在處理規(guī)則幾何體時(shí)具有較高的效率和精度，而非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格則更適用于處理復(fù)雜的幾何形狀和流場(chǎng)條件。GAMBIT允許用戶根據(jù)仿真區(qū)域的特點(diǎn)和求解需求，靈活選擇網(wǎng)格類型。此外，GAMBIT還提供了高級(jí)的網(wǎng)格優(yōu)化工具，如網(wǎng)格平滑、網(wǎng)格膨脹和網(wǎng)格細(xì)化等，以提高網(wǎng)格質(zhì)量，確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。在設(shè)置邊界條件方面，GAMBIT提供了直觀的用戶界面，使得用戶可以輕松定義流體的入口、出口、壁面等邊界條件。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的邊界條件類型，如速度入口、壓力出口、對(duì)稱面等，并為它們賦予適當(dāng)?shù)奈锢韰?shù)。正確設(shè)置邊界條件對(duì)于模擬真實(shí)的物理過(guò)程至關(guān)重要。GAMBIT還具備強(qiáng)大的自動(dòng)化功能，可以大大提高前處理的效率。用戶可以創(chuàng)建和保存網(wǎng)格生成的腳本，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的批量處理。此外，GAMBIT還支持與其他軟件的集成，如與FLUENT的無(wú)縫集成，使得從模型創(chuàng)建到仿真求解的過(guò)程更加流暢。GAMBIT作為前處理器，在本研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。它不僅提供了強(qiáng)大的幾何建模和網(wǎng)格劃分功能，還簡(jiǎn)化了邊界條件的設(shè)置和自動(dòng)化處理，為后續(xù)的仿真求解奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)GAMBIT，能夠高效、準(zhǔn)確地完成別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值模擬的前處理工作，為獲得可靠的仿真結(jié)果提供了保障。3.3.2求解器的選擇在計(jì)算流體力學(xué)（CFD）仿真中，求解器是整個(gè)仿真流程的核心組件，它負(fù)責(zé)將前處理器生成的離散化方程組轉(zhuǎn)換為可解的數(shù)值問(wèn)題，并提供相應(yīng)的物理量分布結(jié)果。選擇合適的求解器對(duì)于確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有決定性作用。在本研究中，選擇了FLUENT軟件作為求解器。FLUENT是由ANSYS公司開(kāi)發(fā)的一款先進(jìn)的CFD軟件，它具備強(qiáng)大的求解能力和豐富的物理模型庫(kù)，能夠模擬各種復(fù)雜的流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題。FLUENT的求解器以其高效、穩(wěn)健和精確而聞名，適用于從簡(jiǎn)單的層流到復(fù)雜的湍流流動(dòng)的廣泛工程應(yīng)用。FLUENT提供了多種求解算法，包括有限差分法（FDM）、有限體積法（FVM）和有限元法（FEM）。這些算法可以處理各種類型的流動(dòng)問(wèn)題，如層流、湍流、多相流、反應(yīng)流等。FLUENT的求解器支持多種湍流模型，如標(biāo)準(zhǔn)湍流模型、雷諾應(yīng)力模型（RSM）、大渦模擬（LES）等，用戶可以根據(jù)具體的流動(dòng)特性和仿真目標(biāo)選擇合適的模型。此外，F(xiàn)LUENT還提供了多種時(shí)間步長(zhǎng)和迭代求解策略，以適應(yīng)不同的計(jì)算需求和提高求解效率。FLUENT的求解器還具備優(yōu)秀的并行計(jì)算能力，能夠有效利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的多核和多處理器資源，大幅縮短大規(guī)模仿真的計(jì)算時(shí)間。這對(duì)于處理復(fù)雜的三維模型和大型計(jì)算域尤為重要，可以顯著提高仿真的效率和實(shí)用性。在處理邊界條件和初始條件方面，F(xiàn)LUENT提供了靈活的設(shè)置選項(xiàng)，允許用戶根據(jù)實(shí)際問(wèn)題定義各種邊界條件，如速度入口、壓力出口、對(duì)稱面、壁面等。這些條件對(duì)于模擬真實(shí)的物理過(guò)程和獲得準(zhǔn)確的仿真結(jié)果至關(guān)重要。FLUENT還允許用戶自定義初始條件，為仿真提供了方便的起點(diǎn)。FLUENT的求解器還具備先進(jìn)的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化功能，可以在關(guān)鍵區(qū)域自動(dòng)細(xì)化網(wǎng)格，以提高仿真結(jié)果的精度。這種自適應(yīng)技術(shù)特別適用于對(duì)流動(dòng)細(xì)節(jié)敏感的問(wèn)題，如流體分離、渦流形成等。3.3.3后處理器的選擇FLUENT的后處理器支持多種數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，包括但不限于流線圖、等值面圖、矢量場(chǎng)圖、粒子追蹤和溫度、壓力分布圖等。這些可視化技術(shù)可以幫助用戶直觀地觀察流場(chǎng)中的關(guān)鍵特征，如渦流、分離區(qū)域、流線分布和壓力變化等。通過(guò)這些圖形化展示，用戶可以更好地理解流體流動(dòng)的物理本質(zhì)，識(shí)別和分析流動(dòng)中的問(wèn)題和異常。FLUENT的后處理器還提供了數(shù)據(jù)分析功能，用戶可以計(jì)算和提取關(guān)鍵的物理量，如氣動(dòng)力、熱流密度、湍流特性等。這些數(shù)據(jù)對(duì)于評(píng)估設(shè)計(jì)方案的性能、指導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)化和決策具有重要價(jià)值。FLUENT允許用戶自定義計(jì)算報(bào)告，根據(jù)需要生成詳細(xì)的數(shù)據(jù)列表和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，為進(jìn)一步的研究和分析提供了便利。此外，F(xiàn)LUENT的后處理器還具備動(dòng)畫制作功能，可以將流場(chǎng)隨時(shí)間變化的過(guò)程制作成動(dòng)畫，這對(duì)于展示瞬態(tài)流動(dòng)現(xiàn)象和動(dòng)態(tài)過(guò)程非常有幫助。動(dòng)畫可以清晰地展示流動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)和時(shí)間演化，增強(qiáng)了對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和理解。FLUENT的后處理器還支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以將仿真結(jié)果導(dǎo)出為其他格式，以便在其他軟件中進(jìn)一步分析或用于報(bào)告和演示。這種靈活性使得FLUENT的仿真結(jié)果可以廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域和不同需求。FLUENT作為后處理器，在本研究中發(fā)揮了重要作用。它不僅提供了豐富的數(shù)據(jù)可視化和分析工具，還具備動(dòng)畫制作和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。通過(guò)FLUENT的后處理器，我們能夠有效地分析別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值仿真結(jié)果，為電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供了直觀和詳細(xì)的信息。FLUENT的后處理功能使得復(fù)雜的仿真數(shù)據(jù)變得易于理解和應(yīng)用，極大地提高了仿真工作的效率和價(jià)值。3.4計(jì)算區(qū)域的確定CFD數(shù)值仿真模擬的初步工作是選擇一個(gè)固定的區(qū)域作為研究域，并將該區(qū)域劃分為一個(gè)或多個(gè)離散的計(jì)算單元，這個(gè)區(qū)域被稱為計(jì)算域。通過(guò)將計(jì)算域離散化為網(wǎng)格，可以對(duì)流場(chǎng)的物理量進(jìn)行離散化計(jì)算。因此，在進(jìn)行CFD數(shù)值仿真之前，選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算域非常重要。由于本論文所研究的是車輛的外部流場(chǎng)，因此，計(jì)算區(qū)域的尺寸是根據(jù)車輛所受干擾范圍來(lái)確定的，又稱虛擬風(fēng)洞。在風(fēng)洞試驗(yàn)中，風(fēng)洞的阻塞比保持在低于5%的水平，以確保測(cè)試結(jié)果的精度。然而，即使是在滿足這個(gè)條件的情況下進(jìn)行測(cè)試，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然需要進(jìn)行進(jìn)一步修正，以消除因阻塞效應(yīng)引起的測(cè)試誤差。試驗(yàn)表明，只有在阻塞比低于1%的情況下，阻塞干擾誤差的影響才可以忽略不計(jì)。因此，本論文選擇了一個(gè)比較大的計(jì)算面積，以確保虛擬風(fēng)洞中的阻塞比小于1%。風(fēng)洞阻塞比&計(jì)算公式如下式所示：ε上式(4.1)中：ε為阻塞比；A為別克電動(dòng)汽車的正投影面積；AN在本論文中，已知?jiǎng)e克電動(dòng)汽車模型的長(zhǎng)L1為4165mm、寬W1為1625mm、高H1為1421mm，選擇軸距為特征長(zhǎng)度，軸距a由公式可以計(jì)算出雷諾數(shù)為：R該數(shù)值遠(yuǎn)大于臨界雷諾數(shù)2320，此流動(dòng)屬于湍流流動(dòng)。計(jì)算域的高H2取車高的3倍，為H2=3H1=4263mm；計(jì)算域的寬W2取車寬的5倍，為W2=5在模擬中，別克電動(dòng)汽車模型在計(jì)算域中的位置如下：別克電動(dòng)汽車的車頭最前沿與計(jì)算域入口的距離為車長(zhǎng)L1的1.5倍；車的車尾最后端與計(jì)算域出口的距離為車長(zhǎng)L1的2.5倍；車輛的左側(cè)和右側(cè)的最外側(cè)邊緣到計(jì)算區(qū)域的左側(cè)和右側(cè)之間的距離都是車輛寬度W1的2倍；別克電動(dòng)汽車車頂最高處與計(jì)算域頂部的距離為車高H在本文的別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬過(guò)程中，別克電動(dòng)汽車正投影面積Ai=1.854m2，計(jì)算域進(jìn)口面積AN1=Hε滿足阻塞比的要求，計(jì)算域如圖3.3所示:圖3.3MIRA別克電動(dòng)汽車計(jì)算域3.5網(wǎng)格劃分本文選擇GAMBIT為前處理軟件，GAMBIT能完美地劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格及混合網(wǎng)格。在一個(gè)比較簡(jiǎn)單的幾何體中，分割一個(gè)結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格所需要的時(shí)間一般都比較少，此外這種網(wǎng)格還具有求解精度高、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算域的剖面網(wǎng)格圖如圖3.4所示。圖3.4計(jì)算域的剖面網(wǎng)格圖3.6邊界條件的選擇利用GAMBIT和FLUENT兩種軟件對(duì)別克電動(dòng)汽車外部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。將計(jì)算域及車輛的邊界條件在GAMBIT中設(shè)定，而FLUENT可以充分地支持這兩個(gè)條件。在本文進(jìn)行的別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)仿真模擬中，GAMBIT軟件和FLUENT軟件提供了豐富的邊界條件可供選擇。在前處理軟件GAMBIT中設(shè)置了計(jì)算域和別克電動(dòng)汽車的邊界條件，并且這些邊界條件可以被求解器FLUENT軟件完全支持。本文在GAMBIT軟件中，將別克電動(dòng)汽車模型和計(jì)算域分成了幾個(gè)部分，需要確定邊界條件的部分有：計(jì)算域兩側(cè)與頂面、計(jì)算域底面、別克電動(dòng)汽車主體部分、計(jì)算域入口以及計(jì)算域出口。在模擬別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的過(guò)程中，將計(jì)算域的入口設(shè)置為速度進(jìn)口的邊界條件；將計(jì)算域的出口設(shè)置為壓力出口的邊界條件；將計(jì)算區(qū)域上下和兩邊的邊界條件設(shè)定為可滑移的靜壁面；別克電動(dòng)汽車部分被設(shè)置為不可滑移的靜壁面。

第4章別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)其性能的綜合優(yōu)化已成為研究和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是在電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能方面，其直接影響到車輛的能效和續(xù)航能力，成為了提升電動(dòng)汽車競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。在此背景下，第四章詳細(xì)探討了別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，對(duì)車輛在不同行駛速度下的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了全面的分析和評(píng)估。這一章節(jié)不僅旨在深入理解電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中周圍流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化，而且通過(guò)分析氣動(dòng)力對(duì)車輛性能的影響，為汽車設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)，指導(dǎo)實(shí)際的性能優(yōu)化。在電動(dòng)汽車的發(fā)展過(guò)程中，空氣動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)化已經(jīng)從單純追求低風(fēng)阻系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楦尤娴男阅芸剂?，包括提高行駛穩(wěn)定性、減少能耗和噪音等。由于電動(dòng)汽車特有的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，如電池組的布局、底盤的平整度，以及其他影響空氣流動(dòng)的因素，使得其空氣動(dòng)力學(xué)特性與傳統(tǒng)燃油汽車存在明顯差異。因此，通過(guò)精確的數(shù)值模擬計(jì)算，深入分析電動(dòng)汽車在不同速度、不同外部條件下的流場(chǎng)特性，對(duì)于揭示其空氣動(dòng)力學(xué)性能的內(nèi)在規(guī)律，優(yōu)化車輛設(shè)計(jì)具有重要意義[9]。本章節(jié)首先從建立別克電動(dòng)汽車的準(zhǔn)確三維模型入手，重點(diǎn)描述了模型的建立過(guò)程、網(wǎng)格劃分策略以及邊界條件的設(shè)置等關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)。這些準(zhǔn)備工作為后續(xù)的流場(chǎng)模擬計(jì)算奠定了基礎(chǔ)，確保了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。隨后，本章通過(guò)CFD技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車外流場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值模擬，包括在不同車速（60km/h、80km/h、100km/h、120km/h、140km/h）下的流場(chǎng)特性分析。通過(guò)對(duì)比分析，揭示了車速變化對(duì)電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響，包括氣動(dòng)力和氣動(dòng)力矩的變化趨勢(shì)，以及流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。此外，本章還深入討論了風(fēng)阻系數(shù)的計(jì)算和優(yōu)化，風(fēng)阻作為評(píng)估汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能的重要參數(shù)，其優(yōu)化對(duì)于提升電動(dòng)汽車的能源效率和續(xù)航里程具有直接意義。通過(guò)對(duì)別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算，不僅為汽車設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，還為電動(dòng)汽車的空氣動(dòng)力學(xué)研究提供了新的視角和方法。這一研究不僅關(guān)注于單一性能指標(biāo)的優(yōu)化，而且致力于通過(guò)全面的流場(chǎng)特性分析，探索電動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能提升的綜合解決方案。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，空氣動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)化將在電動(dòng)汽車研發(fā)過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。本章節(jié)的研究成果不僅展示了利用CFD技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)分析和優(yōu)化的有效性，也為未來(lái)電動(dòng)汽車的研發(fā)提供了重要的參考和指導(dǎo)。4.160km/h車速下別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值仿真及分析4.1.1時(shí)速60km/h的外流場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果時(shí)速60kmlh時(shí)該車外流場(chǎng)特性的壓力云圖如圖4.1到圖4.5所示；速度矢量圖如圖4.6到圖4.11所示。圖4.1時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車車體表面的壓力云圖圖4.2時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車車頭的壓力云圖圖4.3時(shí)速60krnlh別克電動(dòng)汽車車尾的壓力云圖圖4.4時(shí)速60kmlh別克電動(dòng)汽車側(cè)面的壓力云圖圖4.5時(shí)速60km/h對(duì)稱面的壓力云圖由于進(jìn)入的氣流與別克電動(dòng)汽車前端相接觸，氣流突然中斷，使得氣流速度急劇降低，在別克電動(dòng)汽車前端形成了一個(gè)正壓區(qū)域。接著，一小半的空氣就會(huì)鉆入別克電動(dòng)汽車的底部，更多的空氣就會(huì)鉆入別克電動(dòng)汽車的上部。當(dāng)別克電動(dòng)汽車上方的氣流通過(guò)前緣時(shí)，將會(huì)有部分的氣流脫離，重新粘附到車頂。由于氣流速度較快，在發(fā)動(dòng)機(jī)上部前緣的拐角形成了一個(gè)負(fù)壓區(qū)。空氣在不停的倒退。由于頂部平坦，在這個(gè)區(qū)域，氣流更平穩(wěn)，更快，而且壓強(qiáng)是負(fù)的。氣流在經(jīng)過(guò)頂部末端和尾部頂部后，開(kāi)始變慢，并開(kāi)始分離[10]。而在別克電動(dòng)汽車底部的空氣流經(jīng)車頭前緣下部時(shí)，又會(huì)發(fā)生局部的分離，只有很少的空氣會(huì)再粘附在底部，從而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓力區(qū)域。在車身下部，因?yàn)檐嚿砼c路面間存在較少的空隙，所以，空氣在車身下部時(shí)，既沿下緣邊角又沿兩側(cè)流過(guò)。這一部分的空氣流動(dòng)比較穩(wěn)定，速度很快，壓強(qiáng)呈負(fù)值。由圖4.1，4.2可以看出，別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-2196pa增加到276pa。圖4.6時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)速度矢量圖圖4.7時(shí)速60km]h別克電動(dòng)汽車車體表面的速度矢量圖圖4.8時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車車尾的速度矢量圖圖4.9時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的速度矢量圖圖4.10時(shí)速60km]h別克電動(dòng)汽車尾部速度矢量圖圖4.11時(shí)速60kmlh對(duì)稱面的速度矢量圖從圖4.6到圖4.11可以明顯看出車輛的出現(xiàn)會(huì)對(duì)車體周圍的氣流造成很大的影響。車頭會(huì)阻止空氣的流動(dòng)，從而導(dǎo)致了空氣阻力D的出現(xiàn)。同時(shí)，由于車輛的作用，尾部沿長(zhǎng)度方向的氣流將會(huì)使這一區(qū)域的風(fēng)速降低。在車輛尾部，沿著Z軸方向，出現(xiàn)了較大的渦旋。4.1.2時(shí)速60km/風(fēng)阻系數(shù)風(fēng)阻系數(shù)是一個(gè)數(shù)學(xué)參數(shù)，通過(guò)下滑實(shí)驗(yàn)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)計(jì)算得出。它可用于確定別克電動(dòng)汽車在行駛中所受到的空氣阻力，與別克電動(dòng)汽車的外形有關(guān)。風(fēng)阻系數(shù)的計(jì)算公式如下式（4.1）所示：CD=2Fρ上式中F為正面風(fēng)阻力，p為空氣密度，v為車速，4為車頭正面投影面積。正面風(fēng)阻力為0.362N，20OC空氣密度為1.205kg/m3，車速為60km/h即16.67m/s，此工況下的風(fēng)阻系數(shù)為:C4.280km/h風(fēng)速下別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值仿真及分析4.2.1時(shí)速80km/h的外流場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果時(shí)速80km/h時(shí)該車外流場(chǎng)特性的壓力云圖如圖4.12到圖4.16所示；速度矢量圖如圖4.17到圖4.22所示。圖4.12時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓力云圖圖4.13時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車頭的壓力云圖圖4.14時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車尾的壓力云圖圖4.15時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的壓力云圖圖4.16時(shí)速80km/h對(duì)稱面的壓力云圖當(dāng)流入的空氣與車輛的前側(cè)接觸時(shí)，在車輛前面產(chǎn)生一個(gè)正壓區(qū)，由于氣流速度較快，在車頭上部前緣的轉(zhuǎn)角處形成了一條負(fù)壓區(qū)。頂部平坦，氣流更平穩(wěn)，流速更快，壓力為負(fù)值。在別克電動(dòng)汽車底部的空氣流經(jīng)車頭前緣下緣拐角處時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生部分分離，從而產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)。由于車身下半部與地面間的空隙較小，空氣在下半部時(shí)，既沿下半部的拐角處又沿側(cè)部流過(guò)，此段的壓力為負(fù)值。從別克電動(dòng)汽車車體表面的壓力云圖，圖4.14中能看出，別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-389pa增加到491pa。與60km/h工況相同，受到壓強(qiáng)最高的部分是車頭，受到壓強(qiáng)最低的部分是前發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、車頂前緣及車尾。時(shí)速60km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-2196pa增加到276pa，與本工況對(duì)比，可以明顯地觀察到隨著別克電動(dòng)汽車行駛速度的提高，車身承受的壓強(qiáng)也增大。圖4.17時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車的速度矢量圖圖4.18時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車身的速度矢量圖圖4.19時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車尾的速度矢量圖圖4.20時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的速度矢量圖圖4.21時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車尾部速度矢量圖從圖4.17到圖4.21可以明顯看出可以清楚地看到，車輛的出現(xiàn)會(huì)對(duì)車體周圍的氣流造成很大的影響。車頭會(huì)阻止空氣的流動(dòng)，從而導(dǎo)致了空氣阻力D的出現(xiàn)。同時(shí)，由于車輛的作用，尾部沿長(zhǎng)度方向的氣流將會(huì)使這一區(qū)域的風(fēng)速降低。在車輛尾部，沿著Z軸方向，出現(xiàn)了較大的渦旋。圖4.22時(shí)速80km/h對(duì)稱面的速度矢量圖由圖4.22中可以觀察到本工況與車速為60km/h的工況相比，車身周圍的速度更快。4.2.2風(fēng)阻系數(shù)本工況下的風(fēng)阻系數(shù)為:C4.3100km/h風(fēng)速下別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值仿真及分析4.3.1時(shí)速100km/h的外流場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果時(shí)速100km/h時(shí)該車外流場(chǎng)特性的壓力云圖如圖4.23到圖4.28所示；速度矢量圖如圖4.29到圖4.33所示。圖4.23時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓力云圖圖4.24時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車頭的壓力云圖圖4.25時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車尾的壓力云圖圖4.26時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的壓力云圖圖4.27時(shí)速100km]h對(duì)稱面的壓力云圖從別克電動(dòng)汽車車體表面的壓力云圖，圖4.23中能看出，別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-609pa增加到768pa。與60km/h及80km/h工況相同受到壓強(qiáng)最高的部分是車頭。受到壓強(qiáng)最低的部分是前發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、車頂前緣及車尾。與時(shí)速80km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-389pa增加到491pa相比，本工況的別克電動(dòng)汽車車身壓強(qiáng)隨著速度增加而變大。圖4.28時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車的速度矢量圖圖4.29時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車身的速度矢量圖圖4.30時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車尾的速度矢量圖圖4.31時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的速度矢量圖從圖4.28到圖4.31可以明顯看出可以清楚地看到車輛的出現(xiàn)會(huì)對(duì)車體周圍的氣流造成很大的影響。車頭會(huì)阻止空氣的流動(dòng)，從而導(dǎo)致了空氣阻力D的出現(xiàn)。同時(shí)，由于車輛的作用，尾部沿長(zhǎng)度方向的氣流將會(huì)使這一區(qū)域的風(fēng)速降低。在車輛尾部，沿著Z軸方向，出現(xiàn)了較大的渦旋。圖4.32時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車尾部速度矢量圖與前文的兩個(gè)速度相比，該速度下的渦旋更加明顯。圖4.33時(shí)速100km/h對(duì)稱面的速度矢量圖由圖4.33中可以觀察到本工況與車速為80km/h的工況相比，車身周圍的速度更快。4.3.2風(fēng)阻系數(shù)本工況下的風(fēng)阻系數(shù)為:C4.4120km/h風(fēng)速下別克電動(dòng)汽車外流場(chǎng)數(shù)值仿真及分析4.4.1時(shí)速120km/h的外流場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果時(shí)速120km/h時(shí)該車外流場(chǎng)特性的壓力云圖如圖4.34到圖4.38所示；速度矢量圖如圖4.39到圖4.44所示。圖4.34時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓力云圖圖4.35時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車車頭的壓力云圖圖4.36時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車車尾的壓力云圖圖4.37時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的壓力云圖圖4.38時(shí)速120km/h對(duì)稱面的壓力云圖從別克電動(dòng)汽車車體表面的壓力云圖，圖4.40中能看出，別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-873pa增加到1109pa。與前三種工況相同受到壓強(qiáng)最高的部分是車頭。受到壓強(qiáng)最低的部分是前引擎蓋、車頂前緣及車尾。與時(shí)速100km/h別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)范圍值為從-609pa增加到768pa相比，本工況下隨著速度增加別克電動(dòng)汽車車身的壓強(qiáng)更大。圖4.39時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車的速度矢量圖圖4.40時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車車身的速度矢量圖圖4.41時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車車尾的速度矢量圖圖4.42時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車側(cè)面的速度矢量圖從圖4.39到圖4.44可以明顯看出可以清楚地看到車輛的出現(xiàn)會(huì)對(duì)車體周圍的氣流造成很大的影響。車頭會(huì)阻止空氣的流動(dòng)，從而導(dǎo)致了空氣阻力D的出現(xiàn)。同時(shí)，由于車輛的作用，尾部沿長(zhǎng)度方向的氣流將會(huì)使這一區(qū)域的風(fēng)速降低。在車輛尾部，沿著Z軸方向，出現(xiàn)了較大的渦旋。圖4.43時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車尾部速度矢量圖圖4.44時(shí)速120km/h別克電動(dòng)汽車對(duì)稱面的速度矢量圖由圖4.44中可以觀察到本工況與車速為100km/h的工況相比，車身周圍的速度更快。4.4.2風(fēng)阻系數(shù)本工況下的風(fēng)阻系數(shù)為:C4.5140km/h風(fēng)速下別