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【央视新闻客户端】

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《汽车工程》2025年第5期发表了题为“电动汽车底部流动分离对风阻的动态影响”的文章。本文对某量产电动汽车的风阻和车底流动分离进行了数值研究。研究发现，在雷诺数ReL = 1.1 × 107时，车底部的流动在尾部发生分离并向上卷曲，形成展向大尺度涡。风阻系数的脉动与平均值之比约为3.27%，这对乘坐舒适性和里程预测产生了不可忽视的影响。车体背部、底部压力、近尾流中下部、整车气动阻力、车底中后护板近壁面压力以及车底分离流均存在12 Hz的特征频率，而车顶部及两侧的流动分离则未表现出此特征频率，证明车底部的流动分离是引起风阻动态变化的主要原因。

一、研究背景

汽车在行驶过程中与空气的相互作用是流体力学中典型的湍流绕流问题。汽车对周围空气做功，导致空气流动产生丰富的变化，这使得汽车的部分能耗用于克服空气阻力。这些流动变化对汽车产生反作用力，其中沿流动方向的分力即为汽车的风阻。由于汽车周围的空气流动是动态变化的，因此汽车所受的气动力也是非定常的。气动力的统计定常结果对于揭示汽车受力机理及分析动力学响应至关重要，因此，气动力的时间平均值通常是工程关注的重点。然而，当阻力动态变化超过一定限度时，可能会影响乘坐舒适性，给新能源车的里程预报带来误差，还可能与结构或空腔产生共振，导致不希望的振动和异响。电动汽车底部的流动分离对风阻动态影响需要特别关注。

二、研究内容

选用某型量产电动汽车作为计算模型，依据中国汽车空气动力学分会团体标准T/CSAE《乘用车空气动力学仿真技术规范》进行计算域、边界条件的设置及网格划分，并采用IDDES方法进行湍流模拟。

，脉动均方根值C Drms=0.008，脉动均方根值与平均值比值为3.27%，脉动阻力系数上下变化的最大幅度约0.05，占平均值的20%。在雷诺数ReL= 1.1 × 107时，整车风阻动态数据出现fCD= 12 Hz的结构频率。

图2 整车风阻系数时间历程曲线

整车风阻系数频谱特性与尾流压力脉动高度相关。存在与fCD= 12 Hz结构频率一致的两个区域ZA和ZB。其中，靠近车底部的ZB区域所占面积最大，能量高，表明此处的流动为风阻出现特征频率的波动有更多贡献。

图4 y/W= 0 ~ 0. 37五个等距截面f= 12 Hz频率压力脉动能量谱（ReL = 1.1× 107）

图5 x* = 0.09截面f= 12 Hz频率压力脉动能量谱（ReL= 1.1 × 107）

对车尾顶部分离区、车体侧面、底护板近壁面监测点进行分析，只有车底近壁面、尾流与风阻动态变化存在相同的特征频率，高度关联区域为尾流中下部以及车底近壁面中、后护板区域，其中，后轮及后护板的尾缘分离处脉动最强，约为中护板区域的30倍。

车体背部、车底的压力与整车风阻存在一致的周期性变化。车体背部压力变化较大区域主要集中在车体垂直后背的下半部，倾斜尾窗的压力系数几乎不变。车底压力在特征周期内动态变化的区域为车底部中护板和后护板位置，与频谱分析的结果一致。因此，汽车底部流动是阻力动态特征变化的主要原因。

图8 车体背部瞬时及平均压力系数云图（图a ~ e为t0+1/4T ~ t0+5/4T，图f为平均压力系数）

图9 车底瞬时及平均表面压力系数云图（图a ~ e分别为t0+1/4T ~ t0+5/4T，图f为平均压力系数）

车底后护板区域的流动与近尾流及地面之间存在相互作用，导致近尾流中心的低速回流区面积发生动态变化。尾流的动态变化反映了风阻的动态变化，类似于二维圆柱绕流时尾流越宽阻力越大的现象，近尾流中的低速回流区越大，阻力也越大。

图10 y/W = 0 截面的瞬时及平均速度云图（图a ~ e 分别对应 t0+1/4T ~ t0+5/4T，图f为平均速度）

在y/W = 0截面，涡量高度集中，并从y/W = 0到y/W = 0.19逐渐收缩。在靠近车辆外侧的y/W = 0.28截面，负涡量（涡矢量方向指向纸面外）的集中区域相较于中心面y/W = 0向下偏转。随着观察截面逐渐向车辆两侧靠近，底部的绕流逐渐减弱。车底部分的分离流动卷曲主要集中在中间区域，范围约为-0.19 ≤ y/W ≤ 0.19。

图11：不同截面的瞬时涡量（左）和时均展向涡量（中）

及平均速度流线图（右侧）（ReL = 1.1 × 107）

本文采用非定常数值模拟方法，研究了雷诺数为1.1 × 107时某型电动车底部和尾部的流动特性及其对阻力系数的动态影响。研究结果揭示了车底及背部表面压力、近尾流与整车风阻动态变化之间的时空关联。通过频谱和流场分析，进一步探讨了车底流场的物理特征。研究发现，整车风阻动态数据中出现了12 Hz的结构频率，与尾流大尺度流动结构的特征频率相一致。整车风阻的动态变化主要受底部流动的影响，而车顶和车体侧面的绕流对其影响较小。车体底护板近壁面的周期性流动分离与尾流的动态变化密切相关，同时也影响了车体背压的变化，导致整车风阻的动态波动。

电动汽车通常采用底部平整、尾部略微上翘的设计。然而，车底的流动在汽车尾部不可避免地会发生分离。这种分离在压力梯度的作用下卷曲形成大尺度涡，并随后周期性地分离，这是所有电动汽车都会遇到的流动状态，导致阻力波动无法避免。本文研究得出的普遍适用规律和结论，可为电动汽车的气动设计提供参考和借鉴。

标签: 电车 车底

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