SUV電動汽車后擾流板開槽對氣動性能的影響研究

關鍵詞：SUV電動汽車；后擾流板；CFD數值模擬；阻力系數；升力系數中圖分類號：U469 收稿日期：2025-05-12 DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.08.014

Study on the Effect of Rear Spoiler Slotting on Aerodynamic Performance of SUV Electric Vehicles

Pan Faxing Sichuan Vocational College of Information Technology，Guangyuan 628ooo，China

Abstract：ThisstudyfocusesonSUVelectricvehiclesandemploysCFDsimulationmethodstoinvestigatetheimpactofrearspoilerslotingonveicleaerodynamicperformance.A1：1thre-dimensionalvehiclemodelwasestablishedwithappropratelydefiedcomputationaldomainsandboundaryconditions，simulatingaerodynamicperformanceundertworearspoilerconfigurations：no-sloted andslotedstructures.Theresultsindicatethatsquaresloting inthrearspoilerdoesnotreducevehicledragorift.Specifically，a 280mm square slot in the middle of the spoiler increased the drag coefficient and lift coefficient by 5.1% and 369.6% ，respectively.For three evenly distributed 140mm square slots，these coefficients rose by 14.2% and 176.1% ，respectively. This is primarily attributed to thesharpgeometric edges ofthe square slots，which easily induce flow separation and increase turbulent energy dissipation.

KeyWords：SUV electric vehicle;Rear spoiler;CFD numerical simulation;Drag coefficient;Liftcoefficient

1前言

近年來，全球能源危機與環境污染問題日益加劇，在此背景下，新能源汽車特別是純電動汽車（BatteryElectricVehicle，BEV）的研發與應用，成為汽車工業轉型的核心方向。然而，與傳統燃油車相比，電動汽車的續航里程存在明顯挑戰。行業統計顯示，高速行駛時，空氣阻力占車輛總能耗的 30%～40% ，這是制約車輛續航能力的關鍵因素之一。所以，通過優化車身空氣動力學設計來降低氣動阻力，是提升純電動汽車能效的重要技術途徑[1-2]。

車身空氣動力學組件中，后擾流板是調節尾部流場的關鍵結構，其設計直接影響車輛的阻力系數 （C_D） 和升力系數 （C_L）^[3] 。傳統后擾流板大多基于造型美學進行設計，缺乏對空氣動力學特性的系統性研究[4]。現有研究表明，后擾流板能夠控制尾部氣流分離、抑制渦流生成，從而有效降低壓差阻力并增強行駛穩定性。例如，李現今等[5]通過改變運動型多用途汽車（SportUtilityVehicle，SUV）電動汽車后擾流板表面傾斜角度，確定了最優結構后擾流板，使乘用車阻力系數降低了 3.9% ；朱忠華等6針對后擾流板開口對氣動性能的影響進行研究，發現合理開孔可優化尾部湍流結構。不過，現有研究多集中于傳統燃油車型，針對純電動汽車（尤其是SUV車型）后擾流板空氣動力學特性的研究還比較少。由于純電動汽車動力系統布局和質量分布與傳統車輛不同，其流場特性存在顯著差異，因此需要結合具體車型開展針對性優化設計[7]。

2數值模擬

2.1模型建立

本文以某型SUV電動車為研究對象，利用三維軟件建立了1：1的整車三維模型。車身模型長為 4860mm ，寬為 1950mm ，高為 1600mm ，在計算過程中對模型做了簡化，忽略了后視鏡、前進氣柵格、雨刮器、門把手等局部結構。為精準模擬汽車周圍流場結構，設置如圖1所示的計算域。計算域為4倍車高、5倍車寬、6倍車長，其中入口距車頭1倍車長，出口距車尾3倍車長，如圖1所示。

圖1數值模擬計算域設置

2.2劃分網格

采用計算流體力學（ComputationalFluidDynamics，CFD）軟件進行面網格劃分及體網格生成，體網格為切割體 Trim 網格和邊界層棱柱體網格相結合的方式，在車身表面設置5層棱柱體網格作為邊界層，總厚度8mm 。為提高數值模擬仿真精度，分別采用尺寸為16mm 和 32mm 的加密塊，如圖2所示。體網格總數達到906.9萬。

圖2車身網格加密塊設置

2.3邊界條件湍流模型選擇

入口邊界風速設定為 33.33m/s ，模擬汽車在120km/h 的情況下行駛后擾流板對汽車阻力系數以及升力系數的影響，出口邊界設置在汽車車尾遠端，設置為壓力出口，與標準大氣壓壓力差值為 0Pa 。汽車車身表面都采用無滑移壁面，即附著在面上空氣的法向速度為零。選擇標準的 k-ω 模型，此模型在近壁面低雷諾數流動中具有較高精度，能夠較好地捕捉后擾流板尾跡區及車底分離流的湍流特性。

3后擾流板開槽對汽車氣動力學性能的影響

在現有市場上的電動汽車中多采用無開槽后擾流板結構，為探究開槽型擾流板對電動汽車氣動性能的影響，本文采用CFD軟件進行數值模擬，分析了無方槽和開方槽兩大類SUV電動汽車尾部形狀板下，其阻力系數和升力系數。首先，為探究后擾流板對汽車氣動性能的影響，增加了無后擾流板的汽車尾部并進行對比，如圖3（a）所示，并定義為I型；圖3（b）表示有擾流板但無開槽，定義為Ⅱ型；圖3（c表示中部開寬為 280mm 方槽的擾流板形狀，定義為Ⅲ型；圖3（d）表示擾流板均勻開寬為 140mm 的3個方槽結構，定義為Ⅳ型。

3.1后擾流板開方槽對整車氣動阻力和升力的影響

對4種不同擾流板工況進行模擬，得到的阻力系數如表1所示。

圖3無開槽和開槽后擾流板結構

表1無開槽開槽、開槽情況下后擾流板阻力系數模擬結果

從模擬計算結果來看，SUV電動汽車加裝后擾流板，能夠有效地降低阻力系數，降幅達到 10.5% ，但在后擾流板開方槽時，并不能降低阻力系數，阻力系數反而增大，Ⅲ型較Ⅱ型后擾流板阻力系數增加 4.86% IV 型較Ⅱ型后擾流板阻力系數增加 12.46% ，同時，增加開方槽的數量會使阻力系數增大。這是因為方槽的尖銳幾何邊緣易誘發氣流分離，導致槽口下游形成大尺度湍流結構，顯著增加湍動能耗散。此外，方槽的集中開口會局部削弱擾流板的結構強度，導致尾部壓力梯度突變，未能形成均勻的低壓區，反而因壓力分布不均加劇壓差阻力。

對于SUV電動汽車升力系數，如圖4所示，I型無后擾流板升力系數最高 （C_L=0.237） 。對于高重心的SUV車型，升力過大會削弱輪胎與地面的有效接觸力，尤其在車速超過 120km/h 時，可能引發尾部抬升、轉向不足及側風敏感性增強等問題，嚴重威脅行駛安全。此外，升力與壓差阻力的耦合效應會間接增加能耗，降低續航里程。I型安裝完整后擾流板通過抑制尾部渦流分離與優化壓力分布，使升力系數驟降至0.046（降幅 80.6% ），有效增強下壓力。仿真流場圖5顯示，擾流板引導氣流向下運動，顯著提升高速行駛穩定性。以無開方槽后擾流板Ⅱ型為對比對象，Ⅱ型開單一后擾流板方槽與V型開三個均勻方槽的升力系數分別為0.216和0.127，較Ⅱ型增加 369.6% 和 176.1% 。方槽的尖銳幾何邊緣會誘發局部流動分離，形成周期性脫落的渦結構，導致壓力分布不均。盡管多方槽設V型通過分散開孔部分緩解了流動失穩，但其升力抑制效果仍遠遜于Ⅱ型無開槽后擾流板結構。

圖4不同結構的后擾流板升力系數模擬結果

3.2后擾流板對汽車尾部流場的影響

由圖5可清晰辨識出汽車頂部、底部及側面氣流之間的相互交織與融合動態，此過程逐步演變為一種顯著的尾部渦流結構。該渦流的形成，于汽車尾部區域誘發了一負壓環境，此乃汽車壓差阻力產生的關鍵要素。

圖5（a）I型為未加裝后擾流板情況，當高速氣流沿車頂弧面加速流動至后擋風玻璃區域時，由于車身曲率突變引發邊界層分離現象，氣流在脫離車體表面后形成明顯的下洗運動。這種流動分離導致在后擋風玻璃與車尾之間的低壓區域內產生順時針旋轉的核心渦流結構。這種非定常的渦流運動會顯著增加氣流的動能耗散，在后部形成較大的阻力。但在圖5（b）Ⅱ型中，擾流板前緣產生的逆壓梯度迫使氣流加速通過后擋風玻璃斜面，有效抑制了邊界層過早分離。同時，由于汽車后擾流板對流場區域的影響，將原本緊貼車尾的渦核位置向下游推移，使得核心渦流遠離汽車尾部，有效地降低能量損耗，有利于減阻。圖5（c）I型、（d）V型為后擾流板開方槽汽車尾部速度矢量圖，Ⅲ型開方槽尺寸較大，對流場結構影響不大，與I型流場結構相似。IV型后擾流板開槽相比Ⅱ型尺寸較小，從流場結構可以看出，當氣流經過后擾流板沿后擋風玻向下運動的過程中，在緊貼汽車后方區域形成較大尺寸的逆時針渦流，渦流強度較大，且強渦結構通過渦致抽吸效應，在車尾形成持續的低壓區域，使得阻力系數較高。

4結語

a.加裝后擾流板對于SUV純電動汽車的氣動性能有顯著優化效果，阻力系數降幅可達 10.46% ，同時能大幅降低升力系數，升力系數下降 415.2% 。增強下壓力，提升高速行駛穩定性。

b.后擾流板開方槽并不能進一步降低阻力系數和升力系數，反而會導致阻力系數和升力系數增大，與無方槽后擾流板相比。后擾流板中部開 280mm 方槽，阻力系數和升力系數分別上升 5.1%.369.6% ；后擾流板均勻開3個 140mm 方槽，阻力系數和升力系數分別上升14.2%.176.1% ，這是因為方槽的尖銳幾何邊緣易誘發氣流分離，形成大尺度湍流結構，增加湍動能耗散。

參考文獻：

[1]黃志華.基于初步造型面的某SUV氣動減阻效果分析[D].重慶：重慶理工大學，2022.

[2]王堅，盛建平，吳夢婷.基于數值模擬的轎車后擾流板動力學分析[J].工業控制計算機，2016，29（9）：102-104.

[3]張晨銘，李彥龍，王東，等.面向空氣動力學優化的電動汽車造型設計研究[J].包裝工程，2012，33（16）：43-46+66.

[4]楊杰，王亞運.汽車擾流板的結構和試驗設計[J].汽車實用技術，2022，47（9）：50-54.

[5]李現今，李喆隆.某電動SUV后擾流板氣動特性的研究[J].汽車工程，2020，42（9）：1211-1215+1223.

[6]朱忠華，張雷，許志寶，等.汽車后擾流板對外氣動性能影響的研究[J].汽車技術，2017（5）：19-23.

[7]何浩然，孫慶友，陸飛龍.后擾流板對整車氣動阻力的影響[J].農業裝備與車輛工程，2018，56（2）：33-36.

作者簡介：潘發興，男，1992年生，助教，研究方向為新能源汽車技術。