摘要：空气的非定常流动产生的外流场，导致汽车在行驶时受到不同方向的气动力和力矩的作用，是决定汽车空气动力学特性，包括气动阻力特性的主要因素。本文以某品牌实体小轿车为研究对象，对轿车的外流场进行模拟，根据模拟结果和实验数据逐一分析有优化潜力的造型细节，并给出改进建议。

    1 轿车车身外流场模拟
    本文所用的几何模型为，某国产品牌小轿车实车开发项目前期造型阶段所建立的CAS面模型。造型部门的工程师们根据造型草图、车身布置及结构设计的总方案，运用AutodeskAlias软件绘制了1:1的三维车身（图1、2）和底盘的CAD模型（图3）。模型为实车前期造型设计，前轮轮距1 618.8 mm，后轮轮距1 592.0 mm，轴距2 698.4 mm，车轮255/65R17。模型真实地保留了车身底盘的线条和表面凹凸件，如后视镜、雨刮器、门把手、车轮轮毂、前后轴、减振器和悬架弹簧等；封闭了进气格栅、发动机舱进气口和空调进风口等通风出口，使之成为一个完全封闭的车体外壳（只有外流，没有内流）。4个车轮的接地面被处理成一个平面，以模拟半载荷状态下汽车在路面行驶时车轮的真实形变。车轮的沉降深度由车身质量、预计载荷和轮胎弹性系数等决定。此载荷下，前轮轮眉离地距离773 mm，后轮轮眉离地距离786 mm，前保离地距离约210 mm，后保离地距离约270 mm。

    2 轿车车身外流场模拟结果及可改进局部
    2.1外流场模拟结果整体分析
    车体表面附近的外流场模拟结果如图4所示。当汽车以一定的速度在路面行驶，气流迎面而来，遇到车头钝体后一分为三：一部分向上经过发动机舱罩和顶盖流向尾部直至离开车身；一部分经过底板流向尾部直至离开车身；最后一部分从车身两边流过。流经车身上部的气流，由于受到发动机舱盖和前挡风玻璃突变形状的影响汽流在发动机舱盖上某一位置发生分离，到挡风玻璃上某一位置又再次附着在车身上，比较均匀地流过顶盖。到车尾处由于气流突然失去附着物，又与经过底部和侧面的气流汇合，使得此处的气流流动状况非常复杂产生大大小小的涡流。尾涡处较复杂，存在非线性和脉动不稳定现象，对此处的流动现场进行描述，需要先引入湍流经验方程，然后与带脉动时均量的N-S方程进行耦合，不然可能因为不稳定性而导致模拟结果的不收敛。

    空气粘性会在车身表面产生边界层，汽车的外流场因此分成层流区和湍流区。其中层流区的分布范围在车前方无穷远处至车顶部，在这个范围内不存在气流分离现象；湍流区的分布范围在车顶部后缘至车后方无穷远处，在这个范围内因为车身形状的突变产生气流分离现象（图5）。

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