汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究可以指導(dǎo)汽車外形設(shè)計(jì)，降低汽車氣動(dòng)阻力系數(shù)，改善汽車操縱穩(wěn)定性；也可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)艙等零部件的散熱問(wèn)題，降低汽車噪聲，改善乘坐舒適性。所以說(shuō)，汽車空氣動(dòng)力學(xué)對(duì)于車輛整成的經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性，舒適性和行駛安全性的研究具有特殊重要的意義。汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究手段可以分為風(fēng)洞試驗(yàn)、道路試驗(yàn)、數(shù)值模擬研究三種。

一、風(fēng)洞試驗(yàn)

汽車風(fēng)洞是進(jìn)行汽車空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的主要設(shè)備，它實(shí)際上是一個(gè)特殊建造的管道，利用動(dòng)力裝置在管道中產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)的氣流，使風(fēng)洞試驗(yàn)段能夠模擬或基本模擬大氣流場(chǎng)的狀態(tài)，以供汽車進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。汽車風(fēng)洞可分為直流型和回流型，現(xiàn)在大部分的汽車風(fēng)洞都采用回流型汽車風(fēng)洞的形式。吉林大學(xué)汽車風(fēng)洞也為回流型風(fēng)洞，如圖1、圖2所示。


圖1 吉林大學(xué)汽車風(fēng)洞試驗(yàn)段


圖2 吉林大學(xué)汽車風(fēng)洞簡(jiǎn)圖

人們通過(guò)大量的風(fēng)洞試驗(yàn)，不斷改進(jìn)汽車設(shè)計(jì)，而風(fēng)洞試驗(yàn)又不斷地解釋各種氣動(dòng)現(xiàn)象，推動(dòng)汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的發(fā)展。

二、汽車道路試驗(yàn)

汽車道路試驗(yàn)又分為：用滑行試驗(yàn)法測(cè)試汽車的氣動(dòng)阻力系數(shù)、側(cè)向風(fēng)穩(wěn)定性試驗(yàn)和室內(nèi)通風(fēng)試驗(yàn)。相比于其他汽車試驗(yàn)方法，汽車道路試驗(yàn)更接近于實(shí)際使用情況，但受環(huán)境影響較大，存在著一定的不可控性。

三、數(shù)值模擬研究

隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的增強(qiáng)和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬方法憑借其便捷和直觀的優(yōu)點(diǎn)，成為了汽車空氣動(dòng)力學(xué)研究的重要手段。目前湍流數(shù)值模擬方法可以分為直接數(shù)值模擬方法和非直接數(shù)值模擬方法。非直接數(shù)值模擬方法分為大渦模擬、統(tǒng)計(jì)平均法和雷諾時(shí)均法。

1.直接數(shù)值模擬

直接數(shù)值模擬（DNS）直接用瞬時(shí)的Navier-stokes方程對(duì)湍流進(jìn)行計(jì)算，無(wú)需對(duì)湍流流動(dòng)做任何簡(jiǎn)化或近似，理論上可以得到相對(duì)準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，但對(duì)計(jì)算資源的要求非常高，目前還無(wú)法進(jìn)行真正意義上的工程計(jì)算。

2.大渦模擬法

大渦模擬法（LES）是用瞬時(shí)的N-S方程直接模擬湍流中大尺度的渦，通過(guò)建立湍流模型來(lái)間接模擬小渦對(duì)大渦的影響。這種方法的總體結(jié)果對(duì)選擇何種湍流模型并不敏感，但它對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和CPU的處理速度要求較高，所以該方法在工程應(yīng)用中還比較少。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，LES方法目前是CFD領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。

3.統(tǒng)計(jì)平均法

統(tǒng)計(jì)平均法是基于湍流相關(guān)函數(shù)的統(tǒng)計(jì)理論，主要用相關(guān)函數(shù)及譜分析的方法來(lái)研究湍流結(jié)構(gòu)，統(tǒng)計(jì)理論主要涉及小尺度渦的運(yùn)動(dòng)。這種方法在工程上的應(yīng)用不是很廣泛。

4.雷諾時(shí)均方法

雷諾時(shí)均方法（RANS）是想辦法求解時(shí)均化的動(dòng)量方程，這樣不僅可以避免DNS方法的計(jì)算量大的問(wèn)題，而且對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用可以取得很好的效果。這種方法是目前使用最為廣泛的湍流數(shù)值模擬方法。