董贵杨，谭 华，杨自双，周春华，谭业发

（解放军理工大学 野战工程学院，江苏 南京 210007）

1 汽车外流场分析

随着近年来计算机技术的迅速发展，CFD数值模拟方法已越来越多地应用到汽车设计的多个环节，极大地推动了汽车技术的发展。

1.1 车身整体外部流场分析

通过汽车车身整体外流场的CFD计算，可以得到车身表面的压力场、速度场、气动力和气动力矩，进而得出风阻系数等一系列设计参数。

Satyan Chandra等［1］运用CFD对一级方程式赛车车身外流场进行模拟分析，改进了尾翼设计，使赛车下压力与空气阻力得到良好调节，增加了赛车的高速稳定性和操控性。高富东等［2］采用RNG k－ε湍流模型、流体体积法（VOF）和压力隐式算子分割（PISO）算法，运用Fl uent软件对某型两栖车车体绕流场进行三维瞬态数值计算，得到绕流场的速度与压力分布、阻力和兴波特性，解决了以往由于忽略兴波特性导致数值计算结果随航速提高误差不断增大的问题。王新宇等［3］运用CFD研究了导流罩状态、驾驶室与货箱间距和侧防护板对风阻的影响，并分析其减阻机理，研究表明：带货箱的商用车加装导流罩可以起到明显的减阻作用。

1.2 汽车局部流场分析

车轮、门把手及扰流板等部件的局部流场使得整车外流场变得更加复杂，其中一些部件又是产生气动噪声的主要来源，因此人们越来越重视汽车局部套件对整车性能影响的研究。

刘力等［4］运用Fl uent软件对侧窗全连接、半连接和门外板连接3种形式后视镜基座模型的表面及附近空间区域的流场及宽频带噪声进行了对比分析，结果表明：门外板连接的基座造型能够加强侧窗附近气流的通顺性；转动的车轮使车体下部的气流变得更加复杂，车轮相关的气动阻力值在整车的气动总阻力中占30%左右；车轮转动对整车流场特别是对汽车前后轮周围、汽车侧面和底面有很大的影响，阻力系数和升力系数比静止情况下低。傅立敏等［5］研究了车轮辐板造型对汽车外流场的影响，通过对车腔内以及车身底部的压力等值线和涡量等流场特性的分析，得出辐板上的开孔个数和面积与车轮气动阻力及整车气动阻力系数的关系。

1.3 复数车辆行驶状况流场分析

复数车辆行驶的车辆操纵稳定性直接影响行驶安全，包括会车、超车及队列行驶3种状态，是一个瞬态过程。徐国英等［6］对汽车迎面会车过程进行了仿真研究，根据会车时压力场分布情况分析流场特性对气动特性的影响，得到了侧向力和横摆力矩随间距和速度的变化情况，进而分析了其对汽车行驶稳定性的影响。傅立敏等［7］利用动网格技术实现了车辆超车过程的三维流场数值仿真，揭示了两车外部流场相互干扰的流动特性，分析了相对速度和横向间距对车辆气动特性的影响，进一步研究了两车纵向相对位置对车辆气动特性的影响规律以及气动力对汽车行驶稳定性的影响。王靖宇等［8］研究了队列行驶汽车车间距离变化时的空气动力特性以及队列中车辆数目、车型对阻力系数的影响，研究表明：队列行驶车辆随车间距离的缩短其阻力值降低；随着队列中车辆数目的增加，平均阻力系数降低20%～30%。

2 发动机内部流动分析

2.1 进排气过程分析

发动机进排气系统内气体流动非常复杂，瞬变性强，分布不均匀且其内流系统的运动对发动机性能的影响很大。CFD数值模拟方法可以获得流道内气体流动压力、速度及湍动能分布情况。

空气滤清器作为发动机的重要进气组件，其性能优劣会影响发动机的动力性、经济性和使用寿命。李佳等［9］应用CFD仿真计算空气滤清器内部流场，研究了滤纸的材质、尺寸和褶数等各因素对空气滤清器性能的影响规律以及各因素间的耦合作用机制。进气道的合理设计是决定混合气形成、充量更换和燃烧过程优劣的关键环节，而螺旋进气道由不规则曲面构成，形状非常复杂，是进气道设计的难点。孙利魏等［10］对高升功率柴油机高压差螺旋进气道进行了CFD稳态分析，利用分析结果对一维非定常模型进行气门流通系数修正，根据修正的仿真模型进行改进设计的进气道具有良好的进气性能。谷芳等［11］利用CFD技术对排气系统中紧耦合催化转化器、二级催化转化器、主消声器和副消声器等部件进行数值计算，分析其流动特性，找出各部件排气背压的产生原因并改进结构，得到了很好的效果。毕小平等［12］建立了坦克排气流动与传热的计算流体力学模型，应用Fl uent软件完成三维数值分析，得到了坦克排气流场与温度场的详细分布特性和外界环境温度与风速对排气的影响，为坦克排气红外辐射特征的研究提供了依据。

2.2 缸内分析

发动机的燃油经济性和排放的要求不断提高，促进了一些新技术的相继出现，如高压电控喷射、预喷射、汽油直接喷射和废气再循环等。这些技术需要人们对发动机的工作过程及发动机缸内燃烧过程有更深层次的认识。CFD技术为研究人员更好地了解缸内流体的运动过程、湍流参数的变化、燃油粒子的空间分布、燃烧过程的进展状况、传热过程以及缸内温度场的分布情况提供可能。

清华大学许元默等［13］研究了发动机缸内数值模拟中常用的物理模型、计算方法及网格生成技术，并分析了各模型的应用特点。史春涛等［14］研究了喷雾破碎模型的孔式喷嘴流动模型和基于表面波不稳定性理论的WAVE模型、KH－RT模型、Huh Gos man模型和LISA模型以及它们在CFD软件中的应用。何志霞等［15］研究了针阀偏心时各喷孔内部空穴的流动特性，结果表明喷孔入口处的低压回流区对喷孔出口的流动分布影响较大。内燃机燃烧是非常复杂的湍流燃烧过程，CFD模拟的准确性依赖于燃烧模型的正确选择，而燃烧模型的准确性又依赖于对湍流特性及各种燃料燃烧化学特性的了解，史春涛等［16］研究了内燃机燃烧模型的发展现状。

2.3 舱热管理分析

发动机舱内的气体流动状态和热环境十分复杂，如果发动机舱内的各部件布置不合理会阻碍冷却空气的流动，最终引起舱内温度偏高。张坤等［17］运用Fl uent软件对发动机舱内的气体流动进行三维仿真，发现冷却气体回流是导致发动机舱过热的根本原因，并提出添加阻风板的改进方案，有效地改善了该车型发动机舱内冷却气体的流动，解决了舱内温度过高的问题。王宪成等［18］建立了电传动装甲车动力舱内空气流动与传热计算的物理模型和数学模型，对不同风扇流量下的动力舱内空气流场进行了三维数值模拟与分析，并分析排气窗位置对舱内部件冷却效果的影响。

2.4 冷却系统分析

发动机冷却系统中流动与传热现象的数值模拟是发动机设计的一个重要问题。田晓虎等［19］应用Fl uent软件对汽车百叶窗翅片式热交换器空气侧的流场、压力场和温度场进行了模拟研究，分析了不同结构参数对翅片换热和流动性能的影响。黄小辉等［20］建立了装甲车辆冷却风道空气湍流流动与传热的CFD计算模型，将其应用于车辆冷却风道设计中，取得了较好的效果。于秀敏等［21］利用数值模拟技术研究发动机冷却系统中的流动与传热问题，包括水套单相流及气液两相流流动、流固耦合传热、一维与三维联合模拟等该领域热点内容。夏冬生等［22］应用动网格技术和两相混合流体完整空化湍流模型，对某型柴油机气缸套主推侧的冷却水空化流进行非定常数值模拟。

3 空调系统性能模拟分析

L.Ye对双空调系统的制冷系统的流动控制进行优化，把温度调节控制装置膨胀值作为改进汽车空调系统有效控制和最大制冷率的关键因素［23］。于福义［24］利用Fluent对汽车空调系统的蒸发器总成进行数值模拟，改进了系统的设计。Christopher J.Seeton等人则是对蒸发器系统中蒸发器芯体的结构和性能进行了分析［25］。汽车空调系统内部流动和传热规律较为复杂，仅靠实验测试很难达到精确设计的目的，而CFD数值模拟可以比较快捷、准确及直观地反映汽车空调系统中的流动状况，很容易在流场分析中发现设计存在的问题并及时改进。

4 风噪声

降低气动噪声已成为乘用车NVH研究的重要内容，对其进行计算流体力学和计算气动声学分析具有重要意义。洪四华等［26］采用大涡模拟模型计算后视镜的瞬态外流场，应用Light hill－Curle声学理论和F W－H声学模型预测了其噪声特性。陈书明等［27］基于统计能量分析（SEA）原理分析预测车外噪声，建立车身结构和车外声腔子系统的车外噪声分析预测SEA模型，对车外噪声进行了分析预测。

5 展望

随着计算机技术的发展，CFD技术越来越多地应用到汽车研发设计中的诸多领域，但仍存在需进一步解决的问题：

（1）深入研究CFD的前处理技术。汽车工程领域中几何模型及其复杂，碍于目前网格前处理工具的局限性，只能简化甚至忽略很多部件才能生成合理的计算网格，这种失真在很大程度上影响了数值模拟的准确性。

（2）完善丰富各种物理化学模型。目前，针对排放、燃烧和燃油喷雾等方面的各种物理化学模型还需进一步完善。

（3）改进CFD的计算方法。目前，计算速度的提高更多依赖于计算机速度的提高，而计算方法的改进所带来的计算时间的缩短效果并不明显，先进的CFD技术应具备较高的求解精度和求解速度。

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