计算流体动力学简称计算流体力学，英文是ComputationalFluidDynamics，简称CFD。它综合了计算数学、计算机科学、流体力学、科学可视化等多种学科。广义的CFD包括计算水动力学、计算空气动力学、计算燃烧学、计算传热学、计算化学反应流动，甚至数值天气预报也可列入其中。
自20世纪70年代以来，世界各汽车生产厂家基于开发更节能和更高性能的汽车，将原本主要应用于航天航空的风洞技术引入汽车设计，使汽车空气动力学研究得到迅速发展，在很长一段时间，汽车空气动力学的研究主要依赖于试验研究和理论分析。我国的汽车工业长期以来一直落后于汽车工业发达国家，在汽车技术方面也与欧美日等汽车工业发达国家存在很大差距。最近几年随着我国汽车工业的快速发展，在汽车技术方面取得了较大的进步，但汽车空气动力学分析是我国自主研发的瓶颈之一，我国在汽车空气动力学方面的研究起步较晚，目前国内很多科研机构都致力于这方面的研究，随着近年来计算机技术的迅速发展，CFD数值模拟方法已越来越多地应用到汽车设计多个环节，极大地推动了汽车技术的发展，现对CFD数模分析方法在汽车整车设计中的主要应用领域作如下介绍。
自20世纪70年代以来，世界各汽车生产厂家基于开发更节能和更高性能的汽车，将原本主要应用于航天航空的风洞技术引入汽车设计，使汽车空气动力学研究得到迅速发展，在很长一段时间，汽车空气动力学的研究主要依赖于试验研究和理论分析。我国的汽车工业长期以来一直落后于汽车工业发达国家，在汽车技术方面也与欧美日等汽车工业发达国家存在很大差距。最近几年随着我国汽车工业的快速发展，在汽车技术方面取得了较大的进步，但汽车空气动力学分析是我国自主研发的瓶颈之一，我国在汽车空气动力学方面的研究起步较晚，目前国内很多科研机构都致力于这方面的研究，随着近年来计算机技术的迅速发展，CFD数值模拟方法已越来越多地应用到汽车设计多个环节，极大地推动了汽车技术的发展，现对CFD数模分析方法在汽车整车设计中的主要应用领域作如下介绍。
- 1.汽车外流场分析
在实际使用过程中，汽车在高速路上行驶时，50％的能量用于克服空气阻力。同时，在汽车高速行驶中，气流产生的升力也会影响到汽车的附着力。基于汽车动力性、经济性和操作稳定性的考虑，世界各大汽车厂商都致力于降低空气阻力，改善气流升力，这也是航天航空中风洞技术最早引入汽车设计的研究方向。传统的汽车外流场分析依赖风洞试验，需要先进的试验设备，同时还要制作一系列模型，而且在风洞试验中只能测量有限个点处的空气流动属性，对于一些复杂的空气流动现象，只能通过经验判断。因为风洞试验开发周期长，费用昂贵等原因，其在汽车整车开发中无法得到广泛推广。
与传统的试验研究相比，运用CFD分析技术对汽车外流场进行分析，周期大大缩短，而且随着计算机技术和CFD的发展，目前运用CFD分析技术几乎可以分析所有空气流动情况。CFD分析技术与CAD技术结合，可以快速、详细地了解汽车车身外流场的情况，包括速度分布、压力分布等。在整车开发前期造型时，根据外流场分析结果，修改整车车身外A面，提升汽车的空气动力学性能。
应用CFD分析技术对整车外流场进行分析在整车设计中的主要作用：
（1）对整车前端造型的帮助。整车前端部位迎风面积较大，对空气动力性影响也较大。造型工程师根据整车外流场分析结果，在整车前端造型时尽量减少气流剥离和涡流的产生，必要时增加导流板，对于降低迎风阻力系数和升力系数都有非常大的帮助
（2）对发动机盖及前风挡的三维曲率设计的帮助。通过对车身外部流场的分析可以发现，当发动机盖与前风挡的夹角为30°时，阻力系数最小，而发动机盖与前风挡的夹角小于30°时，对降低风阻效果不大。
（3）对顶盖外形设计的帮助。通过对车身外部流场的分析可以看出，当车身顶盖外形成上鼓形状时，气流可以平顺地通过。
2.空调系统性能分析
（3）对顶盖外形设计的帮助。通过对车身外部流场的分析可以看出，当车身顶盖外形成上鼓形状时，气流可以平顺地通过。
（4）对尾部形状设计与侧面形状设计的帮助。通过对车身外部流场进行分析可以发现，在整车尾部容易形成涡流，在整车造型时，要避免形成较大的涡流。
（5）对整车底部设计的帮助。适当的纵向曲率可以使气流平顺地通过汽车下底与地面的间隙，减少气流的阻塞程度，从而减少汽车的阻力和升力。
（6）对扰流板设计的帮助。高性能轿车在高速时容易打飘，严重的时候有可能会将汽车掀起，设计合理的扰流板可以有效地减少升力，增加轮胎的附着力。运用CFD技术对车身外流场分析，找出最为合理的扰流板方案。图10为对5种不同扰流板方案采用CFD分析技术的云图，表1为不同方案的CD值和升力值，综合考虑尾部流场情况、CD值和升力值，可以找出最合理的方案。
（5）对整车底部设计的帮助。适当的纵向曲率可以使气流平顺地通过汽车下底与地面的间隙，减少气流的阻塞程度，从而减少汽车的阻力和升力。
（6）对扰流板设计的帮助。高性能轿车在高速时容易打飘，严重的时候有可能会将汽车掀起，设计合理的扰流板可以有效地减少升力，增加轮胎的附着力。运用CFD技术对车身外流场分析，找出最为合理的扰流板方案。图10为对5种不同扰流板方案采用CFD分析技术的云图，表1为不同方案的CD值和升力值，综合考虑尾部流场情况、CD值和升力值，可以找出最合理的方案。
2.空调系统性能分析
空调系统是现代汽车不可缺少的部分，好的空调系统不仅噪音低，制冷效果好，而且燃油消耗低，除霜除雾效果好。传统的空调系统设计工程师在前期根据经验进行设计调整，后期再通过试验的方法验证，这种方法周期长，费用高，效果也不一定好。运用CFD分析技术，对空调系统内部及乘客仓内的空气流场进行分析，为空调系统的设计提供详细完善的依据，大大缩短设计周期和费用，提高空调系统的整体性能。
（1）除霜除雾的性能分析。在寒冷冬天，汽车前风挡和前侧窗容易起雾或结霜，严重影响驾驶员对前方和外后视镜的观察，关于整车除霜除雾的要求，国标有相关规定。运用CFD分析暖风在车窗玻璃上的流动情况，设计人员根据CFD分析结果，优化出风口大小及角度，提高空调除霜除雾效果。
（2）风道流场分析。风道是空调和除霜除雾空气流动的通道，在整车设计中，风道设计的好坏直接影响空调和除霜除雾的效果及车内噪音的大小，因此在风道设计中，主要从三个方面考虑：各风道空气分配的合理性；各出风口空气流动速度；空气在风道中受到阻力的合理性，减小涡流和紊流的产生。运用CFD技术，设计人员可以直接得到各风道的空气分配值和空气流动速度，可以直观地判断空气在风道中流动的情况。
（3）乘客舱温度场舒适性分析。汽车空调的效果是汽车舒适性的重要因素之一，对于汽车空调的制冷和制热效果，国标并没有严格的要求，但是随着汽车越来越人性化，对于汽车空调在实际使用中的效果，各国汽车生产厂及零部件公司都有自己的标注，在整车设计过程中，不仅要考虑空调系统自身的因素，同时也要考虑乘客在车内温度的舒适程度。通过CFD技术分析，可以得到乘客仓内空气流动情况、温度分布情况和温度变化情况。
（3）乘客舱温度场舒适性分析。汽车空调的效果是汽车舒适性的重要因素之一，对于汽车空调的制冷和制热效果，国标并没有严格的要求，但是随着汽车越来越人性化，对于汽车空调在实际使用中的效果，各国汽车生产厂及零部件公司都有自己的标注，在整车设计过程中，不仅要考虑空调系统自身的因素，同时也要考虑乘客在车内温度的舒适程度。通过CFD技术分析，可以得到乘客仓内空气流动情况、温度分布情况和温度变化情况。
CFD技术在汽车整车及零部件设计中应用越来越广泛，节约成本，缩短产品的开发周期，优化设计效果，使设计结果更具有科学性，对汽车进入实车造型与分析评价将产生较大影响，逐渐成为汽车产品开发的主要工具。
