随着社会的进步,汽车也向着安全、节能和个性化方向发展。在汽车外流场空气动力学中,车轮作为外流场唯一做旋转运动的主要部件,会对其周围的流场产生巨大影响。因此,单独研究车轮的空气动力学性能,即旋转独立车轮气动特性研究,无论是对车辆周围流场结构及气动力研究,还是作为整车车轮区域流场的先导研究,均具有重要的意义。本文基于商用计算流体力学（CFD）软件STAR-CCM+,并引入参数化思想和软件二次开发技术,开展旋转独立车轮气动力及流场结构研究。主要研究内容如下:首先,介绍了各种车轮旋转仿真方法的异同,并基于Fackrell A2经典独立车轮风洞试验数据,进行旋转独立车轮仿真方法精确性的验证,并开展基于DES的瞬态仿真方法与常用的稳态RANS仿真方法的对比。结果表明:（1）滑移网格/MRF与旋转壁面边界条件组成的车轮混合旋转方法可以有效处理地面接触与车轮旋转;（2）在气动阻力系数上,考虑试验误差,DES方法得到的时均值和稳态RANS方法均具备较高仿真精度,但稳态RANS方法精度略高;（3）在对称面圆周压力系数分布上,DES方法提升了车轮上部分离区的压力预测能力;（4）在尾流分离区截面总压等值线上,DES方法获得的时均流场总压等值线与稳态RANS方法得到的较为接近,近车轮侧的总压等值线总体误差很小,误差随距离增加而逐渐增大;（5）DES方法可以准确预测车轮上部涡脱频率与近地面涡系结构发展,而稳态RANS方法不具备预测能力。综上所述,本文使用的DES方法及车轮混合旋转方法适用于进行旋转独立车轮气动特性研究。其次,基于参数化建模思想、软件二次开发技术和确定的车轮旋转仿真方法,对车轮几何模型提出一种新的简化建模方法,分别完成独立车轮自动参数化建模、自动几何前处理及CFD软件仿真自动设置三个部分的开发。特别的,对具有扇叶造型轮辐（即轮辐截面具有倾角）的车轮有很强的兼容能力。基于Python面向对象编程方法将上述流程合并,开发专用于旋转独立车轮气动特性研究的流程自动化平台Iso Tire CFD,为本文研究奠定基础。结果显示,使用该平台进行独立旋转车轮气动特性研究,最高可减少69.7%的时间消耗和88.9%的步骤数。然后,基于Iso Tire CFD平台,以某款五辐式赛车车轮作为Baseline车轮,在27.78m/s的恒定速度下进行空气动力学研究。结果表明:（1）Baseline车轮流场特点可分为车轮上部气流分离、轮肩涡系结构、近地面涡系结构和轮边涡系结构,这与已有研究结论相符;（2）去除盘式制动器后,时均气动力均有小幅下降,盘式制动器阻碍了自由流侧和轮辐侧的气流交换过程;（3）基于Baseline车轮,以轮辐倾角和轮辐覆盖面积作为参数研究对象,发现轮辐倾角对独立车轮周围流场具有角度控制作用,但对于轮辋腔内部的气流输运范围主要限于车轮后部;正向轮辐倾角车轮的时均气动阻力和时均旋转轴气动力矩均较大,而时均气动升力则有所下降;轮辐覆盖面积改变时,流场和时均气动力变化相对不明显;（4）考虑变量交互效应,提出一种考虑时均气动阻力和时均气动升力的归一化综合气动力系数构建方法,并将其作为目标函数,基于表面中心的中心复合试验设计对上述两参数构建二阶响应面;对响应面方程各项进行贡献率计算,发现轮辐倾角对独立车轮归一化综合气动力系数影响最大。最后,在旋转独立车轮气动特性研究中引入基于本征正交分解（POD）的流场降阶模型分析方法,将不同轮辐倾角独立车轮作为研究对象,分别基于正向轮辐倾角车轮、负向轮辐倾角车轮及Baseline车轮的仿真数据开展瞬态气动力及车轮附近七个典型二维截面的POD降阶模型构建。结果表明:（1）各车轮瞬态气动力频率范围可以与典型二维截面的降阶模型主模态系数主频率范围保持一致,证明二维截面的选取具有代表性;（2）独立车轮周围的典型二维流场主模态系数频率可分解为3至8Hz低频区间、19至33Hz中频区间和68.25Hz的高频区间,但不同轮辐倾角车轮具有的频率区间不同,轮辐倾角可以改变典型二维截面的降阶模型主模态系数和车轮瞬态气动力的主频率;（3）相对于Baseline车轮,无论何种轮辐倾角,轮辋腔内部的流动结构均由剪切层流动控制改变为轮辐周期性旋转运动控制,即其对应的模态系数主频率为轮辐周期性旋转运动周期频率68.25Hz,但不同倾角对轮辋腔内流场的影响范围不同。