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摘要：根据计算流体力学的相关理论，求解围绕在车身外表面的流场流速和车身表面压力，主要包括实验测试方法和计算机仿真模拟等。依靠计算流体力学数值模擬实验的方法，可以使用仿真方法对于汽车外流场进行研究。根据此方法对奥迪A5车型进行空气动力学仿真，得到车身表面流场流速图与表面压力分布图，以及等值面图，通过对图像流场状态的分析，探究其造型设计的优势之处以及对其他车型在空气动力学研发的借鉴意义。
关键词：汽车外流场 CFD仿真 流场分析
随着设计风格与设计语言的变化，汽车的造型工业设计不仅越来越满足美感的追求，对于空气动力学的研发也伴随在造型开发的阶段一起进行。对于汽车而言，空气动力学的研发到底有多么重要，可能大多数人都存在认识的偏差。就普通乘用车而言，人们似乎更关心内饰空间的大小，舒适性与动力性等环节。随着我国经济的高速发展，人民生活水平不断提高，人们对于出行的需求以及效率和经济性也日益增强。对于乘用车而言，在高速公路行驶到每小时80千米时，动力性与油耗等环节的矛盾就越发体现出来。速度越快，汽车越发“飘”，由于附着力变差，随之动力性也变差，这时的安全性能也打了折扣。当然油耗的问题作为主要矛盾就越发的显示出来。研究表明，空气阻力每降低百分之十，油耗就可降低百分之五，尤其是在汽车高速行驶的时候，该效应越发的明显。奥迪A5作为一款中端型乘用车，在消费市场普受欢迎，相比A4L的造型，加入了时尚的动感流线型设计，加之优秀的动力配置，足以吸引消费者的眼光。对于研发厂商，在外流场风阻的表现，有着很大的借鉴作用。借助仿真软件，来研究奥迪A5的外流场基本情况，为空气动力学研发提供一些借鉴的措施和方法等。
1.几何模型选取
所采用的计算模型是根据几何数据统一参数化建模，如上图所示。
模型经过适当的的简化以便于仿真，也是为了进行外流场分析所捕捉的主要矛盾部分。在得到的模型之上，使用Hypermesh软件进行几何清理修复，也就是修改为几何拓扑的单连通区域，生成表面网格。将网格导入STAR-CCM+中进行仿真设置。对于轮胎与地面的处理方法是將理想轮胎与风动地面相切一定厚度，从而而更好的模拟行驶中的车辆真实的轮辋状态。
2.网格与计算物理模型设定
划分好的面网格和体网格要进行边界层网格和体网格的生成。
计算域风洞壁面均采用256mm的网格尺寸，轮胎与地面接触部分划分为16-256mm大小尺寸。生成的面网格经过网格重构，修复与改善得到的总数为1063162。将画好的面网格再生成计算需要用的体网格，生成的体网格总数为11419149。
计算域入口边界条件：速度入口，120Km/h；出口边界条件：压力出口，0MPa；
车身的姿态为满载时的姿态模拟普通乘用车载人后在高速公路的行驶外流场状态。
提交计算，计算迭代步数为5000步。
3.仿真计算结果与分析
计算结果的对称面速度云图如图所示，通过对速度云图的分析可以看出，前脸部分由于圆弧过渡效果较好，气流流速较快，贴合程度较好，有利于降低阻力系数；尾部的设计采用鸭尾式设计形成一对马蹄涡流，较为对称，有利于尾部压力回复，也利于减阻。
从图中可以看出前部正方向处于正压区内，利于发动机冷却；车身侧围压力居中，分离少，气流贴合度较高；尾部气流分离迅速，压力偏高，恢复较好，利于减少阻力。前风挡和尾部均在正压区内，有利于增加下压力。
总压系数等值面分布图主要可以看出压力为零的流动状态，可以看出车身的流线型设计使得气流的流动沿车身贴合的很好，由于机盖部分增加了对称的棱线，不仅美观动感，而且使气流通过顺畅，有利于减阻；车身尾部分离彻底。分离明显的地方主要在车轮和A柱后视镜区域，因为受车轮旋转的影响和后视镜气动噪声的压力分布不均匀的影响所导致。
4.结论
从以上的分析可以得出，奥迪A5的车身设计满足了中高端乘用车的风阻要求，在美感的前提下，也增加着运动时尚的元素：前方圆弧过度明显，气流顺畅通过，机盖的棱线也起到导流的的作用，尾部的鸭尾式设计，不仅有利于尾部气流顺畅分离，减小涡流阻力，也有利于增加下压力，对于高速行驶时非常有利。
另外，从流线的分布情况可以得出，外流场的形状与车身相似度很高，车身贴合流线在车身表面沿车身走势顺滑，对于流过的气流导流性能较好。整个车身的姿态呈现前宽大而尾部收缩的楔形水滴状，动感十足造型优美，也大大降低了风阻并增加了下压力，这正是乘用车设计所倡导的和要借鉴的：降低油耗，增加安全性。
参考文献
[1] 严鹏.轿车外流场数值模拟[J].同济大学学报，2003，09（9）
[2] 胡兴军.汽车涉水时轮辐结构对车表水相分布的影响[J].哈尔滨工业大学学报，2017.07
[3] 张甫仁.汽车尾部结构参数对尾部流场的影响研究[J].机械设计与制造，2015.03
[4] 杨易.尾部扩散器对某跑车气动性能的影响[J].机械科学与技术，2015.04：第四期
[5] 王悦新.基于Fluent的FSAE赛车流场分析[J]. 汽车工程，2017（3）
[6] 李林.基于STAR_CCM_的某轿车减阻优化研究[J].2016中国汽车工程学会年会优秀论文
[8] Mesh Optimization for Ground Vehicle Aerodynamics Vol. 2（1） – March 2010
关键词：汽车外流场 CFD仿真 流场分析
随着设计风格与设计语言的变化，汽车的造型工业设计不仅越来越满足美感的追求，对于空气动力学的研发也伴随在造型开发的阶段一起进行。对于汽车而言，空气动力学的研发到底有多么重要，可能大多数人都存在认识的偏差。就普通乘用车而言，人们似乎更关心内饰空间的大小，舒适性与动力性等环节。随着我国经济的高速发展，人民生活水平不断提高，人们对于出行的需求以及效率和经济性也日益增强。对于乘用车而言，在高速公路行驶到每小时80千米时，动力性与油耗等环节的矛盾就越发体现出来。速度越快，汽车越发“飘”，由于附着力变差，随之动力性也变差，这时的安全性能也打了折扣。当然油耗的问题作为主要矛盾就越发的显示出来。研究表明，空气阻力每降低百分之十，油耗就可降低百分之五，尤其是在汽车高速行驶的时候，该效应越发的明显。奥迪A5作为一款中端型乘用车，在消费市场普受欢迎，相比A4L的造型，加入了时尚的动感流线型设计，加之优秀的动力配置，足以吸引消费者的眼光。对于研发厂商，在外流场风阻的表现，有着很大的借鉴作用。借助仿真软件，来研究奥迪A5的外流场基本情况，为空气动力学研发提供一些借鉴的措施和方法等。
1.几何模型选取
所采用的计算模型是根据几何数据统一参数化建模，如上图所示。
模型经过适当的的简化以便于仿真，也是为了进行外流场分析所捕捉的主要矛盾部分。在得到的模型之上，使用Hypermesh软件进行几何清理修复，也就是修改为几何拓扑的单连通区域，生成表面网格。将网格导入STAR-CCM+中进行仿真设置。对于轮胎与地面的处理方法是將理想轮胎与风动地面相切一定厚度，从而而更好的模拟行驶中的车辆真实的轮辋状态。
2.网格与计算物理模型设定
划分好的面网格和体网格要进行边界层网格和体网格的生成。
计算域风洞壁面均采用256mm的网格尺寸，轮胎与地面接触部分划分为16-256mm大小尺寸。生成的面网格经过网格重构，修复与改善得到的总数为1063162。将画好的面网格再生成计算需要用的体网格，生成的体网格总数为11419149。
计算域入口边界条件：速度入口，120Km/h；出口边界条件：压力出口，0MPa；
车身的姿态为满载时的姿态模拟普通乘用车载人后在高速公路的行驶外流场状态。
提交计算，计算迭代步数为5000步。
3.仿真计算结果与分析
计算结果的对称面速度云图如图所示，通过对速度云图的分析可以看出，前脸部分由于圆弧过渡效果较好，气流流速较快，贴合程度较好，有利于降低阻力系数；尾部的设计采用鸭尾式设计形成一对马蹄涡流，较为对称，有利于尾部压力回复，也利于减阻。
从图中可以看出前部正方向处于正压区内，利于发动机冷却；车身侧围压力居中，分离少，气流贴合度较高；尾部气流分离迅速，压力偏高，恢复较好，利于减少阻力。前风挡和尾部均在正压区内，有利于增加下压力。
总压系数等值面分布图主要可以看出压力为零的流动状态，可以看出车身的流线型设计使得气流的流动沿车身贴合的很好，由于机盖部分增加了对称的棱线，不仅美观动感，而且使气流通过顺畅，有利于减阻；车身尾部分离彻底。分离明显的地方主要在车轮和A柱后视镜区域，因为受车轮旋转的影响和后视镜气动噪声的压力分布不均匀的影响所导致。
4.结论
从以上的分析可以得出，奥迪A5的车身设计满足了中高端乘用车的风阻要求，在美感的前提下，也增加着运动时尚的元素：前方圆弧过度明显，气流顺畅通过，机盖的棱线也起到导流的的作用，尾部的鸭尾式设计，不仅有利于尾部气流顺畅分离，减小涡流阻力，也有利于增加下压力，对于高速行驶时非常有利。
另外，从流线的分布情况可以得出，外流场的形状与车身相似度很高，车身贴合流线在车身表面沿车身走势顺滑，对于流过的气流导流性能较好。整个车身的姿态呈现前宽大而尾部收缩的楔形水滴状，动感十足造型优美，也大大降低了风阻并增加了下压力，这正是乘用车设计所倡导的和要借鉴的：降低油耗，增加安全性。
参考文献
[1] 严鹏.轿车外流场数值模拟[J].同济大学学报，2003，09（9）
[2] 胡兴军.汽车涉水时轮辐结构对车表水相分布的影响[J].哈尔滨工业大学学报，2017.07
[3] 张甫仁.汽车尾部结构参数对尾部流场的影响研究[J].机械设计与制造，2015.03
[4] 杨易.尾部扩散器对某跑车气动性能的影响[J].机械科学与技术，2015.04：第四期
[5] 王悦新.基于Fluent的FSAE赛车流场分析[J]. 汽车工程，2017（3）
[6] 李林.基于STAR_CCM_的某轿车减阻优化研究[J].2016中国汽车工程学会年会优秀论文
[8] Mesh Optimization for Ground Vehicle Aerodynamics Vol. 2（1） – March 2010