如果把流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)形容為佛家的內(nèi)力，那么少林七十二絕技則更像是由內(nèi)力催生出來(lái)的用于解決實(shí)際工程上流體力學(xué)問(wèn)題的各種招式。

然而，在實(shí)際工程問(wèn)題上，很多工程師更喜歡學(xué)習(xí)招式，而不喜歡學(xué)習(xí)內(nèi)功心法。盡管很多時(shí)候，直接照搬各種招式也能解決問(wèn)題，但是忽略了內(nèi)功心法，有些招式就難以發(fā)揮最大的效果，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)走火入魔的問(wèn)題。

提起流體力學(xué)的妙用，相信各位小伙伴一定不會(huì)忘記高爾夫球。還記得大學(xué)流體力學(xué)的第一課，老師就提到了流體力學(xué)在高爾夫球上的奇妙應(yīng)用，故事是這樣開始的：

這個(gè)時(shí)候，流體力學(xué)的專家要現(xiàn)身說(shuō)法：破舊的高爾夫球之所以能飛得更遠(yuǎn)，根源在于其表面的凹坑使得流動(dòng)在壁面附近的層流邊界層發(fā)生了轉(zhuǎn)捩，而轉(zhuǎn)捩后的湍流邊界層內(nèi)部和主流區(qū)有更強(qiáng)烈的動(dòng)量交換，大大增強(qiáng)了邊界層的抗分離效果，從而使分離點(diǎn)延后，降低了能量損失并減小了前后的壓差。于是帶有凹坑的高爾夫球相比于光滑的高爾夫球在空中飛行時(shí)的氣動(dòng)阻力要小，所以它就能飛得更遠(yuǎn)。

于是，就有人開始一邊感慨流體力學(xué)真香，一邊想著怎么把高爾夫球上的凹坑應(yīng)用到空氣動(dòng)力學(xué)的優(yōu)化上面。下圖為某車型的底護(hù)板，可見與絕大部數(shù)平底板不同，其上面布滿類似于高爾夫球坑之類的結(jié)構(gòu)。有人將其與高爾夫球減阻類比，認(rèn)為它也有一定的降低風(fēng)阻的效果。

然而實(shí)際上，這樣的凹坑在汽車的底護(hù)板上對(duì)于降低風(fēng)阻是毫無(wú)用處的：由于車底的混亂流動(dòng)，無(wú)論是否有球坑，底護(hù)板附近均為完全發(fā)展的湍流狀態(tài)，自然沒有邊界層轉(zhuǎn)捩的現(xiàn)象和增強(qiáng)抗分離的效果，減阻也無(wú)從談起，反而由于其表面摩擦力的增加，會(huì)小幅的增加風(fēng)阻。此類型的底護(hù)板帶來(lái)的更多是結(jié)構(gòu)力學(xué)的優(yōu)化，而非流動(dòng)的改善。

別生氣別生氣嘛，平時(shí)還是要多練練內(nèi)功心法哦，要不就被這些表象給騙了。

說(shuō)到光滑的車身設(shè)計(jì)，老款?yuàn)W迪A6當(dāng)仁不讓?？纯聪旅孢@幅圖就知道了，2000年版的奧迪A6簡(jiǎn)直是把圓滑做到了極致?？墒欠从^新款的奧迪A6，整個(gè)車尾的設(shè)計(jì)一改往日的圓滑，變得霸氣外露而又棱角分明。難道奧迪是想要告訴我們：做人不能太圓滑，要有個(gè)性，有棱角，不要同流合污嗎？

錯(cuò)，流體力學(xué)的專家會(huì)告訴你，車身尾部的凸起和棱角有助于改善整車的風(fēng)阻性能。以下圖兩種尾燈的方案對(duì)比為例，許多人的解釋是這樣的：右側(cè)尾燈上面的凸起形成了強(qiáng)制分離條，避免流動(dòng)向內(nèi)側(cè)偏移所形成的貼體流動(dòng)而產(chǎn)生的更低壓降，從而降低風(fēng)阻。

這個(gè)時(shí)候，細(xì)心的小伙伴可能會(huì)質(zhì)疑一個(gè)問(wèn)題：如果是光滑的弧面，對(duì)于流體來(lái)說(shuō)，似乎是一個(gè)擴(kuò)張流動(dòng)啊，根據(jù)伯努利原理不應(yīng)該是減速加壓?jiǎn)幔?/strong>不過(guò)CFD的結(jié)果又告訴我們，下圖左側(cè)光滑尾燈附近的局部壓力確實(shí)低于右側(cè)帶凸條的尾燈，該如何解釋呢？

伯努利原理當(dāng)然沒有問(wèn)題。不過(guò)這里尾燈雖小，但門道不少：尾燈附近只能進(jìn)行短暫的貼體流動(dòng)，一旦發(fā)生明顯分離，總壓（機(jī)械能）必定會(huì)有損失，伯努利原理就不再適用了。這里的解釋需要先請(qǐng)伯努利回到嘉賓位置，請(qǐng)另一個(gè)大佬科恩達(dá)上臺(tái)。

如下圖尾燈附近的流動(dòng)，雖然主流區(qū)仍符合減速擴(kuò)壓的伯努利特質(zhì)，但尾燈的圓弧壁面附近沿法向的壓力則是低于主流區(qū)域的。這里的解讀需要更正統(tǒng)的內(nèi)功心法——科恩達(dá)效應(yīng)。

氣流的科恩達(dá)效應(yīng)主要來(lái)自于粘性，即空氣內(nèi)部的摩擦力。如下圖的射流所示，由于粘性的作用，主流區(qū)的射流會(huì)帶走壁面附近的部分空氣，原來(lái)的地方得不到足夠的空氣補(bǔ)充，當(dāng)?shù)氐膲簭?qiáng)就會(huì)降低，氣流則由于兩側(cè)的壓力不均衡而被壓向壁面。因此氣體才會(huì)繞著圓弧壁面流動(dòng)，即出現(xiàn)了上述尾燈附近的壓力降低現(xiàn)象。

或者也可以這樣解釋，被射流帶走的空氣更多地靠射流自身來(lái)補(bǔ)充了。當(dāng)壁面向外彎曲時(shí)，假設(shè)一開始?xì)饬魇撬降?，那么氣流和壁面之間會(huì)暫時(shí)存在一個(gè)不流動(dòng)的“死水區(qū)”。流動(dòng)的空氣不斷地帶走死水區(qū)的空氣，射流則逐步向壁面靠攏，最后射流兩側(cè)的壓差產(chǎn)生的向心力正好符合射流轉(zhuǎn)彎程度時(shí)，流動(dòng)就達(dá)到平衡，射流就沿著彎曲的壁面流動(dòng)了。

有了上述的內(nèi)功心法，加上如此犀利的招式，大家都放心大膽的操練了起來(lái)。比如近年來(lái)新發(fā)布的汽車，無(wú)論是高端的跑車，還是經(jīng)濟(jì)型的買菜車，大部分都開始把尾部做的更銳利，以期達(dá)到降低風(fēng)阻的目的。

即使是科恩達(dá)效應(yīng)，也僅僅是從平均流動(dòng)的角度解釋了這種尾部繞流產(chǎn)生的緣由，不足以完全涵蓋實(shí)際流動(dòng)的復(fù)雜性。就好比練了半部“九陰真經(jīng)”的梅超風(fēng)最后走火入魔了一般。

那么，我們就來(lái)看看另外半部“九陰真經(jīng)”是如何從瞬態(tài)流動(dòng)的角度解讀汽車尾部流場(chǎng)的，事實(shí)上車尾兩側(cè)邊緣的流動(dòng)通常會(huì)有很大的非定常性，圓弧區(qū)域流動(dòng)的貼合和分離的位置也不是固定不變的，正如下面的動(dòng)畫所示，如果僅使用定常的思路則會(huì)陷入困局。

下圖為兩個(gè)不同時(shí)刻車尾的二維流動(dòng)示意以及整車風(fēng)阻隨時(shí)間的變化。可見隨著車尾流動(dòng)的擺動(dòng)，其風(fēng)阻系數(shù)呈現(xiàn)一定的周期性波動(dòng)。最小的風(fēng)阻對(duì)應(yīng)了最低損失的整車尾流，而尾流的損失大小很難通過(guò)流場(chǎng)的直觀判斷得出——除非通過(guò)實(shí)驗(yàn)或計(jì)算來(lái)量化整車的風(fēng)阻，否則難以預(yù)判改型優(yōu)化的方向。

如果我們能夠把強(qiáng)制分離的凸條加在恰當(dāng)?shù)奈恢?，則可通過(guò)維持低損失的車尾分離狀態(tài)，降低時(shí)均風(fēng)阻。當(dāng)然實(shí)車要更加復(fù)雜，而且尾燈附近的流動(dòng)與D柱和后保均有關(guān)聯(lián)，需要通過(guò)多次嘗試才能獲得最小的風(fēng)阻。

這么百試不爽的招式難道也會(huì)有幺蛾子嗎？我們?cè)敿?xì)分解一下：光滑的車頭附近的一般少有明顯的流動(dòng)分離，即總壓損失很小，我們可在不同的部位應(yīng)用伯努利原理。比如車頭下壓，車頭受力是減小了，可發(fā)罩的傾角更大，受前方來(lái)流沖擊的面積增加——因此氣流高壓區(qū)域并不是消失了，而是轉(zhuǎn)移了，型面的變化影響的只是動(dòng)壓和靜壓在不同區(qū)域的此消彼長(zhǎng)。車頭兩側(cè)的改型也是同樣的道理。

因此上述的兩招，如果僅僅根據(jù)車頭這個(gè)獨(dú)立區(qū)域的表面壓力變化來(lái)判斷改型的效果，并不科學(xué)，以至于有時(shí)候弄巧成拙。事實(shí)上應(yīng)該考慮車頭和其它部位的相互作用，并從損失的角度來(lái)解釋。如果車頭的改型引起了車頭和其附件部件的流動(dòng)損失變化——這部分能量來(lái)源于車輛，因此車輛對(duì)流體的作用力才會(huì)變化，其受風(fēng)阻當(dāng)然也會(huì)改變。

比如車頭下壓，一方面減小了發(fā)罩和前風(fēng)擋之間的夾角，減弱了落水槽附近的渦流，另一方面誘導(dǎo)更多的氣體從車輛上方流過(guò)，減少了紊亂的底盤流動(dòng)，從而使總的流動(dòng)損失減小。對(duì)于許多越野車來(lái)說(shuō)，前風(fēng)擋比較直立，底盤也很高，那么這兩方面的損失都可通過(guò)下壓車頭得到一定的補(bǔ)償。而對(duì)于常規(guī)的轎車，下壓車頭則難有效果。

而車頭兩側(cè)的流動(dòng)對(duì)前輪有較大影響。更飽滿的車頭側(cè)部誘導(dǎo)氣流更貼向車體，壓縮前輪尾流，進(jìn)而降低損失。因此如果車頭兩側(cè)外凸如果能更好的引導(dǎo)流動(dòng)貼合前輪邊緣，則對(duì)風(fēng)阻是有利的；而如果原設(shè)計(jì)已經(jīng)很好的引導(dǎo)氣流，那么繼續(xù)外凸也不會(huì)有什么收益。

車頭的改型不僅和上述的周圍部件有很強(qiáng)的相互作用，也必將影響后面的流動(dòng)，尤其是整車尾流。即便上述的改型局部有效，如果使整車尾流變得更差，也可能會(huì)得不償失。