汽车风阻系数的水很深，一篇文章帮你理性吃瓜
最近某汽车风阻系数的话题很火，没想到流体力学领域也能这么热闹，让人兴奋。
风阻系数的水很深，怕你把持不住。为了帮你看懂车企和博主到底在吵什么，水一篇。
一、什么是风阻系数
初中学过，物体在空气中运动会受到摩擦力。
大学时候我们又学了一个概念，叫“压差阻力”。即前方空气受到挤压形成高压区，而后方由于气流分离形成低压区，前后压力差产生的阻力。
因此定性地说：物体受到的总空气阻力等于摩擦阻力+压差阻力。速度越快，压差阻力越明显。
而定量地计算，总空气阻力为：
嘿，你关心的“风阻系数”就出现了，就是上图中的Cd，阻力系数。
有的资料还叫它“空气阻力系数”、“气动阻力系数”、“空气动力学阻力系数”或者“形阻系数”。别迷糊，只是孙悟空和孙行者的区别。
二、风阻系数影响什么
主要是能耗。
航空届历来非常关注风阻系数，毕竟飞机在天上受到的阻力就只有空气阻力。对更小阻力更大升力飞机的不懈追求，也极大促进了计算流体力学CFD的工程化应用。
但飞机毕竟太高，汽车才是普通人的好朋友。
低速行驶时，汽车受到的阻力主要是地面给轮胎的滚动阻力。但速度超过80km/h后，风阻占比就会超过一半。时速到120km，风阻占比甚至可达80%。
可以这么说：你跑高速时，斥巨资加的油充的电，基本都被风吹走了。
对新能源汽车来说，风阻系数每降低0.01，续航里程就能提升将近10km。
除了能耗，还有驾驶体验。比如噪音，风噪通常和风阻成正相关。风阻太大，说话只能靠吼。
再比如加速性能，阻力大，汽车加速度自然减小，推背感瞬间减弱。
总之，减小风阻能让汽车省钱又舒适，还不需要增加任何零件，性价比可谓顶天高。车企也都会成立空气动力学优化团队，猛攻风阻系数。
三、什么影响风阻系数
很复杂。
车身后视镜、门把手、车顶天线、雨刷器等伸出物都会增大风阻，但完全去掉又不现实。
流线型车身能推迟气流分离，降低压差阻力。高端轿车以及跑车普遍呈流线型，漂亮吧？都是钱砸出来的。
车身横截面积越大风阻系数通常也更大，这也是SUV比轿车更费油的原因之一。
另外还有轮胎花纹、外凸的轮拱、轮毂造型、进气格栅、前大灯、底盘平整度等很多因素，也都会影响风阻系数。
工程设计是平衡的艺术，没有最好只有更好。如果仅仅追求风阻的最优解，那么汽车的形状应该是：水滴形。
看来三体人也对空气动力学深有研究，所以派水滴来攻打地球。
说到水滴，我问你了：水滴在空中飞行时，尖头向前和钝头向前，哪种情况下阻力更小？
有人会说，两种情况水滴形状不变，迎风面积不变，风阻应该相等。
有人则会说尖头向前阻力更小，因为尖头可以“刺破”空气。
实际呢？
下图是用我司的流体仿真软件AICFD做的模拟，可看出尖头向前时，水滴后方会出现大范围的气流分离区。而钝头向前时，分离区就明显减小，压差阻力也会更小。
统计两种情况下的风阻系数，尖头向前时Cd为0.07，而钝头向前时Cd则为0.04，对比明显。
风阻系数的水很深，有没有感受到一点？
如果没感受到，我再问你：当物体的形状和运动形态都确定了，风阻系数是定值吗？
拿高尔夫球举例。你一直好奇为什么高尔夫球表面布满凹坑，后来得知坑洼的表面可以减小空气阻力。你更加一头雾水，表面粗糙的物体不是风阻更大吗？
再用AICFD做两个计算。运动速度80m/s时，相比光球，高尔夫球的气流分离明显推迟，意味着球后方更小的低压区和更小的压差阻力，以及更小的风阻系数。
这是不是意味着高尔夫球的风阻系数一直都比光球小呢？
非也。风阻系数还和运动速度有关！
看下图，无论对光球还是高尔夫球，Cd都不是固定值，而会随着速度变化，还都存在突降。只是光球在约118m/s时突降，高尔夫球在约17m/s时突降。
而高尔夫球的典型飞行速度就是50-70m/s，恰好落在高尔夫球风阻系数小于光球的区间，妙啊！
风阻系数的水很深，现在感受到了吧。
四、如何测量风阻系数
前面说了，风阻系数影响因素极其复杂，没有哪个公式能指导设计出风阻最小的车。在汽车外形设计时，都需要“一事一议”——初定外形后测量风阻系数。
而测量风阻系数，最有说服力的方式是吹风洞。中国现在有3大汽车空气动力学-声学风洞，分别位于上海、重庆和天津，建设和使用成本都非常高。
因为太贵太麻烦，车企只会在汽车基本定型之后才会吹风洞。在设计初期，主要的优化方式是CFD模拟。
CFD模拟相比吹风洞，不但成本低到忽略不计，还能观察到吹风洞所看不到的流场细节，为结构优化提供坚实依据。
我司开发的AICFD软件正精于此，欢迎到天洑软件官网下载体验。安装即送30天试用，到期之后参加简单活动即可延期。
国产软件非常易上手。我们不造车，只希望帮助车企造出更好的车。
关于风阻系数，还需要强调一点。虽然说这个指标很重要，物理意义也很明确，但它的测量方式并没有强制性的国家标准，仅有团体标准《汽车整车空气动力学风洞试验——气动力风洞试验方法》。
该标准明确规定，汽车风阻系数测量时的风速应为120km/h，即国内道路安全法规定的汽车最高速度。
但很多车企在测试时并不依据此标准，而是在140km/h甚至160km/h的速度下进行，以得到更漂亮的风阻系数值。毕竟是团体标准，没有强制性。
风阻系数的水很深，希望这篇文章能帮你冷静吃瓜，理智观战。
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