随着汽车产量不断突破以及世界石油资源紧缺和环境问题,汽车整车气动阻力所引起的油耗也越来越被重视,因此对汽车整车的气动减阻至关重要。目前,汽车整车的减阻优化主要集中在车身上表面,但是已经趋于成熟,再进行更好的优化困难巨大。研究表明,车轮约占整车气动阻力的25%,但是现在工程上并没有对车轮进行详细的研究,尤其是国内外文献中考虑车轮与真实路况相同旋转条件下的研究更少。在以往的研究中,由于实验条件限制,整车气动实验大部分都不考虑车轮旋转的因素,这导致与实际路况的差异巨大;而在CFD仿真中,考虑车轮旋转也只是采用MRF等方法,并没有使车轮网格全部真正旋转起来。本文较早实现与真实工况相同的车轮旋转仿真,采用STAR-CCM+软件重叠网格零间隙技术实现车轮与计算域地面的零间隙相切旋转,真正使车轮贴地旋转起来,并分析简化车轮旋转条件下的气动特性和流场特点以及有无地面、地面是否加边界层的流场区别。研究发现,旋转车轮尾流近地面处有一对类似卡门涡运动的涡旋,该对涡旋变化周期与车轮旋转周期相差仅37.5%,具有很好的相关性。加入地面后,显著减弱了车轮的马格努斯效应,使得车轮升力增加;在地面不考虑边界层影响后,地面附近气流加速明显,导致近地面涡旋流速增加。这也表明了以后不论是整车风洞实验还是CFD仿真,车轮设置旋转的必要性和地面效应的重要性,同时要考虑地面边界层是否添加的情况。本文先是对简化的车轮模型在静止与旋转工况对比分析以及车轮悬空与有无地面边界层工况的对比分析,分别总结得出车轮旋转且在考虑地面效应工况下的气动特性和流场特点。然后对真实车轮的几个关键几何特征尺寸进行设计并分别对其气动特性进行分析,本文中选取的关键几何特征主要有三种,分别为:(1)车轮轮辋不同开口面积工况;(2)车轮轮辋具有抽吸作用的扇叶型车轮正向、反向旋转工况;(3)轮胎的纵向、横向和横纵混合的三种轮胎花纹工况。结果发现轮辋开口最大时第一次减小开口面积气动力和流场变化明显;扇叶型轮辋正、反向旋转气动力和流场差异显著,得出反向旋转更有利于车轮内热气体排出;轮胎三种花纹气动力和等值面图可以看出,横纹对车轮流场起主导作用。这对以后的整车以及车轮的气动减阻提供了有效借鉴。