赛车上的空气动力学 - 扩散器

赛车上扩散器的核心作用是加速流经车底的气流，在车底产生低压区，进而增加下压力。

扩散器是安装在F1赛车后底部产生下压力的空气动力学套件。在F1赛车中增加的下压力可提高赛车过弯速度，这在分秒必争的比赛中是非常重要的。据统计，扩散器在F1赛车中约产生了50%的汽车下压力。

下图是一个产生下压力的翼型剖面。空气流经机翼下方的位移要大于流过上方的位移，使得机翼下方的气流速度大于机翼上方的气流速度，根据伯努利原理，在上下表面将会产生压力差，产生了所谓的下压力。

那么赛车上扩散器的原理也是加快车身底部气流速度，减小底部压力，产生了更大的上下表面压力差，以使得赛车以更高的速度进入弯道。

扩散器在赛车底部产生了一个真空区域，这意味着车身底部的气流将会加速流向这个区域，根据伯努利原理，在车身底部将会产生更大的负压。同时由于文丘里效应，气流在流经扩散器喉管部位时速度最快，在这个位置会出现负压极小值区域。因此扩散器增了赛车底部气流的速度，形成低压区，达到了增强赛车下压力的效果。

上图是CFD仿真获得的某赛车底部的压力云图，蓝色为低压区，红色为高压区。可以看到车身底部为负压区，在扩散器喉管部位为负压极小值区域，这个位置速度也达到最大。在扩散器内部，由于空间变大，速度降低，压力逐渐增大。因此扩散器带来的下压力主要是在底盘区域，在扩散器内部并没有产生额外的下压力。

从LMP原型车底部压力系数的变化也可看到在扩散器喉管位置压力最小。

上图可看到底部气流的速度变化情况。

扩散器的扩散角或坡度是非常重要的，扩散器必须有一个逐渐变化的角度，防止气流在顶部和侧面分离。