汽车空气动力学

高速行驶时，气动噪声主导发动机、排气和轮胎发出的噪声。

气动噪声来自经过风窗玻璃立柱、后视镜和车底的气流以及穿过管道的流体（包括风扇噪声）。本节介绍以下推荐的汽车空气动力学建模方法：

推荐的网格设置

根据条件，选择网格单元尺寸

Δ

：


条件	注释/描述	公式	典型值
平均流	使用外部稳态空气动力学准则。加密近壁区域以捕捉体分离。		$Δ_{\min}$ = 2 mm $y$ + = 1（对于低雷诺数壁面处理）
湍流积分尺度， $L_{i n t e g r a l}$	度量耗散涡的“典型”尺寸。从稳态近似， $Δ \leq 0.5 L_{i n t e g r a l}$	$L_{i n t e g r a l} = \frac{C_{μ}^{0.75} \cdot k^{1.5}}{ϵ}$	$L_{i n t e g r a l}$ > 10 mm $Δ \leq 2$ mm
与湍流结构关联的频率	网格截止频率，基于相对准则中推荐的网格尺寸的局部湍流波动。从稳态近似。	$F_{M C F} = \frac{\sqrt{\frac{2}{3} k}}{2 Δ}$	$Δ$ = 4 mm 可捕捉 1000-1500 Hz 范围内的频率。
压力波传播	基于二阶空间和时间离散，每声学波长 $λ$ 20 个网格单元（高阶空间格式更少）。 $a$ 为声速。	$λ = \frac{a}{F}$ $Δ \leq \frac{λ}{20}$	$Δ \leq 3.5$ mm。基于在空气中传播 $F$ = 5000 Hz 压力波的要求。

根据条件，选择时间步长

Δ t

：


条件	注释/描述	公式	典型值
$F$ 频信号	奈奎斯特采样定理表明，频率为 $F$ 的信号可通过以大于 $2 F$ 的速率采样来分辨。对于二阶空间格式，测试结果表明求解波幅值需要约 15 个点。	$Δ t_{F} \leq \frac{1}{15 F}$ , 推荐	$Δ t_{F}$ = 2.22E-5 s。基于捕捉要求 $F$ = 3000 Hz。
对流和声学	基于对流速度 $U$ 和声速（声压波以局部声速 $a$ 传播）。库朗 (CFL) 数基于 $(U + a)$	显式： $Δ t_{e x p} = \frac{Δ}{(U + a)}$ 隐式： $Δ t_{i m p} = C F L \cdot Δ t_{e x p}$	$Δ t_{e x p}$ = 5.0E-6 s。基于 $Δ$ = 2.0 mm， $U$ = 50 m/s， $a$ = 350 m/s。 $Δ t_{i m p}$ = 5.0E-5 s。基于 $C F L$ = 10。
仅对流	基于对流速度 $U$ 。对流库朗数仅基于 $U$ 。	${Δ t}_{C o u r a n t} = \frac{Δ}{U}$	$Δ t_{C o u r a n t}$ = 4.0E-5 s。基于 $Δ$ = 2.0 mm， $U$ = 50 m/s。
扩散时间尺度	对于局部（涡流）粘度 $V_{e f f}$ 最大的边界层最为重要。对声学现象无关紧要	${Δ t}_{d i f f} = \frac{Δ_{n o r m a l}^{2}}{V_{e f f}}$	$Δ t_{d i f f}$ = 1.0E-6 s。基于 $Δ_{n o r m a l}$ = 5.0E-6 m， $V_{e f f}$ = 2.0E-5 m²/s。