汽車空氣動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)包括哪些方面？

汽車空氣動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)包含流體力學(xué)基本概念、空氣動(dòng)力學(xué)基本概念、空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)等多方面內(nèi)容。流體力學(xué)中，將流體視為連續(xù)介質(zhì)，空氣常作不可壓縮流體，其流動(dòng)有層流、湍流等形態(tài)，還有相關(guān)方程。空氣動(dòng)力學(xué)基本概念里有描述流體運(yùn)動(dòng)的方法、馬赫數(shù)等。而升力、阻力等知識(shí)點(diǎn)也是其重要部分。這些共同構(gòu)成了汽車空氣動(dòng)力學(xué)的理論基石 。

在流體力學(xué)基本概念方面，把流體看作連續(xù)介質(zhì)，這是研究的重要前提。在汽車空氣動(dòng)力學(xué)范疇內(nèi)，空氣通常被假定為不可壓縮流體，這一假設(shè)在車速小于360km/h 時(shí)能滿足研究需求，使得分析過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)化 。

空氣的流動(dòng)形態(tài)豐富多樣，層流和湍流是兩種典型狀態(tài)。層流時(shí)，流體分層有序流動(dòng)；而湍流則更為復(fù)雜、紊亂。通過(guò)Reynold數(shù)可判斷氣體流動(dòng)狀態(tài)，小于2100為層流，大于4000為湍流，2100 - 4000之間為不穩(wěn)定轉(zhuǎn)換區(qū)域。不同的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)汽車周圍的氣流分布以及汽車受到的氣動(dòng)力有著顯著影響。

同時(shí)，流體力學(xué)中的納維 - 斯托克斯方程、伯努利方程等是關(guān)鍵的理論工具。納維 - 斯托克斯方程是描述氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的一組完整方程式，對(duì)理解空氣在汽車周圍的復(fù)雜流動(dòng)具有重要意義。伯努利方程描述了流體在不同區(qū)域之間的流動(dòng)特性，基于質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒等基本原理推導(dǎo)出來(lái)，在汽車空氣動(dòng)力學(xué)中應(yīng)用廣泛，可用于分析空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，以及設(shè)計(jì)和優(yōu)化各種空氣動(dòng)力學(xué)裝置。

空氣動(dòng)力學(xué)基本概念也有著豐富內(nèi)涵。描述流體運(yùn)動(dòng)有拉格朗日法和歐拉法這兩種重要方法。拉格朗日法以流體質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象，追蹤每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡；歐拉法則以流場(chǎng)中的空間點(diǎn)為研究對(duì)象，關(guān)注空間點(diǎn)上的流動(dòng)參數(shù)變化。

馬赫數(shù)M是研究高速流動(dòng)的重要參數(shù)，M<1為亞聲速氣流，M>1為超聲速氣流，M＝1時(shí)為聲速氣流，M=0.8～1.2的氣流稱作跨聲速氣流。馬赫數(shù)的變化對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和物體性能有顯著影響，在高速行駛的汽車或者特殊設(shè)計(jì)的車輛研究中，馬赫數(shù)的考量尤為重要。

空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)同樣是理論基礎(chǔ)的重要組成部分。升力和阻力是最基本的概念，升力使物體獲得提升，阻力則阻礙物體運(yùn)動(dòng)，它們的大小和方向取決于空氣流動(dòng)速度、密度、物體形狀等諸多因素。在汽車設(shè)計(jì)中，如何減小阻力、合理控制升力是關(guān)鍵問(wèn)題。

卡門渦街是流體經(jīng)過(guò)物體時(shí)兩側(cè)產(chǎn)生的交錯(cuò)渦流，這一現(xiàn)象會(huì)影響物體性能和穩(wěn)定性，在汽車設(shè)計(jì)中需要考慮如何避免或利用卡門渦街。翼型常用于產(chǎn)生升力，不同的翼型設(shè)計(jì)對(duì)飛機(jī)性能影響巨大，在汽車領(lǐng)域，一些高性能車輛的空氣動(dòng)力學(xué)套件也借鑒了翼型的設(shè)計(jì)理念。渦流也是產(chǎn)生升力和阻力的重要因素，對(duì)其深入研究有助于優(yōu)化汽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能 。

綜上所述，流體力學(xué)基本概念、空氣動(dòng)力學(xué)基本概念以及空氣動(dòng)力學(xué)知識(shí)點(diǎn)等多方面內(nèi)容，從不同角度和層面，為汽車空氣動(dòng)力學(xué)提供了全面而堅(jiān)實(shí)的理論支撐，讓我們能夠深入理解空氣與汽車之間的相互作用，進(jìn)而不斷優(yōu)化汽車的設(shè)計(jì)和性能。