汽車空氣動力學的理論基礎包括哪些方面？

汽車空氣動力學的理論基礎包含流體力學基本概念、空氣動力學基本概念、空氣動力學知識點等多方面內容。流體力學中，將流體視為連續介質，空氣常作不可壓縮流體，其流動有層流、湍流等形態，還有相關方程。空氣動力學基本概念里有描述流體運動的方法、馬赫數等。而升力、阻力等知識點也是其重要部分。這些共同構成了汽車空氣動力學的理論基石 。

在流體力學基本概念方面，把流體看作連續介質，這是研究的重要前提。在汽車空氣動力學范疇內，空氣通常被假定為不可壓縮流體，這一假設在車速小于360km/h 時能滿足研究需求，使得分析過程相對簡化 。

空氣的流動形態豐富多樣，層流和湍流是兩種典型狀態。層流時，流體分層有序流動；而湍流則更為復雜、紊亂。通過Reynold數可判斷氣體流動狀態，小于2100為層流，大于4000為湍流，2100 - 4000之間為不穩定轉換區域。不同的流動狀態對汽車周圍的氣流分布以及汽車受到的氣動力有著顯著影響。

同時，流體力學中的納維 - 斯托克斯方程、伯努利方程等是關鍵的理論工具。納維 - 斯托克斯方程是描述氣動力學現象的一組完整方程式，對理解空氣在汽車周圍的復雜流動具有重要意義。伯努利方程描述了流體在不同區域之間的流動特性，基于質量守恒、動量守恒和能量守恒等基本原理推導出來，在汽車空氣動力學中應用廣泛，可用于分析空氣動力學問題，以及設計和優化各種空氣動力學裝置。

空氣動力學基本概念也有著豐富內涵。描述流體運動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點為研究對象，追蹤每個質點的運動軌跡；歐拉法則以流場中的空間點為研究對象，關注空間點上的流動參數變化。

馬赫數M是研究高速流動的重要參數，M<1為亞聲速氣流，M>1為超聲速氣流，M＝1時為聲速氣流，M=0.8～1.2的氣流稱作跨聲速氣流。馬赫數的變化對空氣動力學效應和物體性能有顯著影響，在高速行駛的汽車或者特殊設計的車輛研究中，馬赫數的考量尤為重要。

空氣動力學知識點同樣是理論基礎的重要組成部分。升力和阻力是最基本的概念，升力使物體獲得提升，阻力則阻礙物體運動，它們的大小和方向取決于空氣流動速度、密度、物體形狀等諸多因素。在汽車設計中，如何減小阻力、合理控制升力是關鍵問題。

卡門渦街是流體經過物體時兩側產生的交錯渦流，這一現象會影響物體性能和穩定性，在汽車設計中需要考慮如何避免或利用卡門渦街。翼型常用于產生升力，不同的翼型設計對飛機性能影響巨大，在汽車領域，一些高性能車輛的空氣動力學套件也借鑒了翼型的設計理念。渦流也是產生升力和阻力的重要因素，對其深入研究有助于優化汽車的空氣動力學性能 。

綜上所述，流體力學基本概念、空氣動力學基本概念以及空氣動力學知識點等多方面內容，從不同角度和層面，為汽車空氣動力學提供了全面而堅實的理論支撐，讓我們能夠深入理解空氣與汽車之間的相互作用，進而不斷優化汽車的設計和性能。