流場(chǎng)是指在進(jìn)行著的空間里流動(dòng)參數(shù)的分布情況和隨時(shí)間的變化情況，例如速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)等。這些場(chǎng)均是位置和時(shí)間的函數(shù)，即



汽車的流場(chǎng)按分布位置可以分為汽車周圍的外部流場(chǎng)、穿過汽車駕駛室以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙的內(nèi)部流場(chǎng)和汽車零部件如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等的內(nèi)部流場(chǎng)。

一、汽車流場(chǎng)分類

1. 汽車外部流場(chǎng)

汽車的外部流場(chǎng)指的是車身表面的流場(chǎng)，使汽車受到力和力矩的作用，對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和操縱穩(wěn)定性都有很大的影響。目前，汽車空氣動(dòng)力學(xué)的研究已經(jīng)從氣動(dòng)力和力矩?cái)U(kuò)展到更廣闊的方面，包括風(fēng)窗的清潔、降低風(fēng)噪、防止刮水器上浮、制動(dòng)器冷卻等。通過汽車外部流場(chǎng)的流態(tài)分析，能夠理解車外的重要流動(dòng)過程，例如車身尾部的氣流分離，后視鏡-側(cè)窗區(qū)域的湍流等。如圖1為汽車的外部流場(chǎng)圖，可以看出汽車在車頂后緣處發(fā)生分離，形成一個(gè)很大的滯區(qū)，以及車身尾部的氣流分離。從圖中還可以看出，流線之間不是等間距的，各個(gè)流線之間間距的差異，表明了升力的來源。如圖2為后視鏡-前側(cè)窗區(qū)域的流線圖，可以顯示該區(qū)域的湍流。


圖1 汽車的外部流場(chǎng)


圖2 后視鏡-前側(cè)窗區(qū)域的流線

2. 汽車內(nèi)部流場(chǎng)

汽車內(nèi)部流場(chǎng)中的駕駛室氣流是駕駛員以及乘員直接接觸到的氣流，內(nèi)部氣流場(chǎng)還包括對(duì)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮消耗最小的功率就可以滿足冷卻氣流的需要。對(duì)于駕駛室內(nèi)熱氣流主要有以下幾個(gè)作用：

（1）保證通風(fēng)效果，使駕駛室內(nèi)的污染空氣和塵土排出，同時(shí)更新呼吸消耗的氧氣。

（2）在汽車外部環(huán)境發(fā)生極大的變化時(shí)，保證駕駛室內(nèi)的環(huán)境舒適。冬天要有暖風(fēng)系統(tǒng)，夏天要有冷風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)通過駕駛員附近的氣流不要使駕駛員產(chǎn)生不適的感覺。

（3）內(nèi)部氣流必須要流過車窗，確保在冬季時(shí)的除霜和除霧效果，以保證駕駛員具有良好的駕駛視野。

3. 內(nèi)外部耦合流場(chǎng)

汽車的外部流場(chǎng)和內(nèi)部流場(chǎng)并不是互相孤立的，通過發(fā)動(dòng)機(jī)艙的氣流最后也要經(jīng)由底盤的縫隙流入到外部流場(chǎng)中，必然會(huì)對(duì)外部流場(chǎng)的氣流帶來一定影響，這就是內(nèi)外部耦合流場(chǎng)。

4. 汽車周圍的瞬態(tài)流場(chǎng)

汽車在行駛過程中，速度并不是一直不變的，它的大小和方向要隨著具體的環(huán)境而發(fā)生改變。由于地形地貌復(fù)雜，汽車在實(shí)際駕駛時(shí)經(jīng)常受到氣動(dòng)擾流的影響，使汽車周圍的流場(chǎng)隨時(shí)間而變化，形成了瞬態(tài)流場(chǎng)，造成這種氣流變化的因素有很多，比如自然風(fēng)、超車、會(huì)車等。

二、汽車流場(chǎng)的研究方法

1. 試驗(yàn)研究方法

汽車流場(chǎng)的試驗(yàn)方法分為風(fēng)洞試驗(yàn)和實(shí)車道路試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)又分為模型風(fēng)洞試驗(yàn)和實(shí)車風(fēng)洞試驗(yàn)。

汽車的風(fēng)動(dòng)使風(fēng)洞試驗(yàn)可以模擬大氣流動(dòng)的狀態(tài)，來測(cè)試汽車的安全性和操縱穩(wěn)定性，為設(shè)計(jì)汽車提供條件。汽車的流場(chǎng)可以通過液態(tài)顯示試驗(yàn)方法顯示出來。液態(tài)顯示方法就是借助外部的手段讓氣流繞著汽車的流動(dòng)狀態(tài)顯示出來，能夠觀察汽車流場(chǎng)中的復(fù)雜的湍流等三維運(yùn)動(dòng)。流態(tài)顯示試驗(yàn)可以分為汽車表面流態(tài)顯示和空間流態(tài)顯示。表面流態(tài)顯示常用方法有油膜法和絲帶法；空間流態(tài)顯示多采用煙流法，如圖3所示。


圖3 煙流法示意圖

2. 仿真分析方法

數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用在汽車產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)方面，采用的是空間領(lǐng)域內(nèi)有限元分割的流體數(shù)值計(jì)算方法，稱為計(jì)算流體力學(xué)方法（Computational Fluid Dynamics, CFD）。CFD本質(zhì)上是將實(shí)驗(yàn)對(duì)象放置在虛擬風(fēng)洞中，利用計(jì)算機(jī)設(shè)置邊界條件來模擬吹風(fēng)，用以模擬真實(shí)的流體流動(dòng)情況。利用CFD可以模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)難以模擬的情況，比如汽車的超車、會(huì)車、隊(duì)列行駛等情況。