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汽車風洞測試是怎樣進行的?

更新時間:2021-08-04    點擊次數:1871

作者:kg lee

著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權,非商業轉載請注明出處。

來說說如何做汽車風阻測試的。
(一)、風洞組成
風洞洞體由動力段、擴散段、收縮段、低速試驗段、高速試驗段、拐角導流片、穩定段、蜂窩器等部分組成。風洞動力系統由大功率直流電機驅動,風扇系統由玻璃鋼槳葉組成。

(1)、收縮段
收縮段位于試驗段的前面,隨著其橫截面積的不斷縮小,氣流從入口被逐漸加速到試驗段所需要的流動參數值。收縮段的一個重要特性參數是收縮比,通常用K表示:
                     K=收縮段進口面積/收縮段出口面積
收縮段的形狀和收縮比對流場的品質和風洞消耗功率有很大的關系。希望所選擇的收縮段形狀能在出口處得到一種速度分布均勻和平行于風洞軸線的氣流,從而保證試驗段中的氣流速度均勻而平直。收縮比大的風洞所消耗的能量大,但可得到紊流度較低的氣流,一般汽車風洞的收縮比建議為K=2-4。
(2)、試驗段
試驗段是風洞的核心部位,試驗對象、模擬環境條件的一些裝置以及測量儀器、觀察控制室等都設置在這里。試驗段的三維尺寸和風速是風洞的重要參數,三維尺寸不僅決定了所能進行汽車風洞的性質(是實車還是模型),而且還直接影響到流場品質和試驗結果的可靠性。試驗段應當足夠長,以便能將汽車或汽車模型以不同位置安置在地板與天平上,試驗段的長度一般建議不小于橫截面直徑的二倍。

下圖(tu):寶馬實車風洞試驗段:

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(3)、擴散段
擴散段的作用是通過風道橫截面積的增加,降低風洞中氣流的速度,從而降低能量損失。它一般位于試驗段的后面。擴散段管道的橫截面積通常采取逐漸增大的方法,從而將試驗段出口處的動能*的轉變成壓力能。另外,擴散段應有適當的長度,其擴散角一般不超過50~60。
(4)、動力段
動力段一般包括電機、風扇、整流罩、等流計、止旋片。它的作用是不斷為風洞中的氣流補充量,以保證氣流以一定的速度恒穩地在風洞中流動。調節風洞中風速的方法通常有兩種:一是加大電機的功率;二是調節風扇的漿葉角度。裝在風扇前的導流片和裝在風扇后的止旋片都是用于消除風扇所造成的旋流,從而改善氣流的狀態,提高流場品質。


下圖:動力(li)段風扇

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(5)、穩定段
穩定段的作用主要是消除旋渦、穩定氣流狀態。在穩定段中通常裝置有整流網(阻尼網)和蜂窩器。整流網一般采用金屬絲制成,整流網主要用以將氣流旋渦轉換成大量的能迅速衰減的小旋渦,因此雖然在離網很近的距離內,會增加紊流度,但離開網一定距離后,氣流的紊流度會大大降低。蜂窩器一般由一定寬度的金屬薄片制成用以消除氣流的低頻脈動以及和整流網一起消除空間的不均勻
性。由于蜂窩器在沿風洞軸線方面有一定的寬度,故而可以減少氣流速度對于風洞軸線的傾斜脈動。

作者:kg lee

著(zhu)作(zuo)權(quan)歸作(zuo)者所有。商業(ye)轉載請(qing)聯系作(zuo)者獲得授權(quan),非商業(ye)轉載請(qing)注明出處。

下圖:風洞整體(ti)圖

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下圖:風洞實驗室內外景

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下圖:實驗(yan)現場圖(分別是側偏6度(du),0度(du),15度(du)的情況)

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(二)、風洞試驗部分設備

(1)、氣動力天平

氣(qi)動(dong)力(li)天平是用來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)模(mo)型的(de)(de)(de)氣(qi)動(dong)力(li)和力(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)儀器。圖示天平為六分量(liang)(liang)應變式汽車專(zhuan)用天平,可(ke)以用來(lai)測(ce)(ce)量(liang)(liang) 汽車的(de)(de)(de)阻力(li)、升力(li)、側(ce)力(li)、橫擺力(li)矩(ju)(ju)、側(ce)傾力(li)矩(ju)(ju)和俯仰力(li)矩(ju)(ju)。這(zhe)個是最基本的(de)(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang),一般的(de)(de)(de)企業(ye)做(zuo)這(zhe)個測(ce)(ce)量(liang)(liang)可(ke)以驗證CFD仿真的(de)(de)(de)準確性。


作者:kg lee

下(xia)圖:六分量(liang)天(tian)平(ping)

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下圖:六分量具體內(nei)容(rong)

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(2)、地(di)面抽吸設備(bei)

汽車模(mo)(mo)擬(ni)風洞對(dui)模(mo)(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)面(mian)(mian)的(de)邊(bian)界層(ceng)具有較高(gao)的(de)要求,其地(di)(di)(di)面(mian)(mian)厚度不(bu)應(ying)(ying)超(chao)過(guo)地(di)(di)(di)面(mian)(mian)間隙的(de)1%~8%。否(fou)則將影響試驗(yan)結果。地(di)(di)(di)面(mian)(mian)效(xiao)應(ying)(ying)模(mo)(mo)擬(ni)使由于(yu)(yu)氣流相對(dui)于(yu)(yu)地(di)(di)(di)板(ban)運動而產生的(de)附(fu)面(mian)(mian)層(ceng)盡(jin)量的(de)小。模(mo)(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)面(mian)(mian)效(xiao)應(ying)(ying)一可以(yi)采用(yong)以(yi)下幾種方法:

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(3)、流場顯示設備

流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)顯示試(shi)驗,主要(yao)用(yong)(yong)于觀測車輛(liang)內外的(de)(de)空氣(qi)流(liu)(liu)(liu)動(dong)、車身表面的(de)(de)塵土污染以及車窗上的(de)(de)水滴流(liu)(liu)(liu)動(dong)等現象(xiang)。流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)定(ding)量(liang)測量(liang)可以測得流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)中待測點的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)數(shu)值(一般為與速(su)度有關的(de)(de)數(shu)值),主要(yao)用(yong)(yong)于分析流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)特性(xing)(xing),如汽車尾(wei)部流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)特性(xing)(xing)等。目(mu)前,流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)顯示試(shi)驗常用(yong)(yong)的(de)(de)方法有絲帶(dai)法、煙流(liu)(liu)(liu)法、油膜法,粒(li)子圖像測速(su)法(PIV)等。


①、絲帶法

絲帶法是用于(yu)觀(guan)察表(biao)面(mian)流(liu)場(chang)的常用方法。通(tong)過觀(guan)察粘貼在模(mo)型表(biao)面(mian)上的絲帶的運動狀況來(lai)確定(ding)模(mo)型表(biao)面(mian)的流(liu)譜。通(tong)過長飄綢帶來(lai)顯示連續的氣流(liu)流(liu)況。

絲(si)(si)帶的(de)(de)(de)(de)飄動(dong)方(fang)向和(he)范(fan)圍(wei)即為模型表面該點(dian)處(chu)的(de)(de)(de)(de)氣流(liu)(liu)速(su)度和(he)方(fang)向變(bian)(bian)動(dong)范(fan)圍(wei)。通常選用輕柔的(de)(de)(de)(de)綢(chou)帶和(he)細小(xiao)的(de)(de)(de)(de)絲(si)(si)線。絲(si)(si)帶的(de)(de)(de)(de)長(chang)(chang)度和(he)間(jian)距(ju)根據模型部(bu)位(wei)和(he)流(liu)(liu)場(chang)(chang)的(de)(de)(de)(de)復雜情況等確定,長(chang)(chang)度一(yi)般在50-100 mm之間(jian),間(jian)距(ju)一(yi)般在5-10 mm之間(jian)。在流(liu)(liu)場(chang)(chang)較(jiao)復雜的(de)(de)(de)(de)部(bu)位(wei),如前側窗(chuang)附近,采用較(jiao)短(duan)的(de)(de)(de)(de)絲(si)(si)線,間(jian)距(ju)也較(jiao)小(xiao)些。反之,在一(yi)些結構變(bian)(bian)化較(jiao)小(xiao)、流(liu)(liu)動(dong)較(jiao)簡單(dan)的(de)(de)(de)(de)表面上布(bu)置的(de)(de)(de)(de)絲(si)(si)帶較(jiao)長(chang)(chang),間(jian)距(ju)也較(jiao)大。絲(si)(si)帶法(fa)(fa)絲(si)(si)帶法(fa)(fa)簡單(dan)易行,各點(dian)流(liu)(liu)態清晰(xi)可見。但因絲(si)(si)帶本身的(de)(de)(de)(de)重量和(he)慣性,與真實的(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)態略(lve)有差異。

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②、煙流(liu)法(fa)

煙流(liu)(liu)法顯示周圍的(de)氣流(liu)(liu)流(liu)(liu)場以及模(mo)型表面的(de)分離流(liu)(liu)和(he)尾部(bu)渦流(liu)(liu)等。試驗時,煙流(liu)(liu)發(fa)生器產生煙,并(bing)由梳狀管排出煙絲。煙流(liu)(liu)試驗風速通(tong)常選擇在10-20 m/s之間。

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③、油膜法

油(you)(you)(you)(you)(you)膜(mo)法主要(yao)用(yong)于汽(qi)車表(biao)面(mian)(mian)污(wu)染的(de)(de)研究,是(shi)將混有(you)一定顏色(se)的(de)(de)不易(yi)(yi)揮發(fa)、粘度(du)較大的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)液均勻地噴涂在模型(xing)或汽(qi)車表(biao)面(mian)(mian)。根(gen)據模型(xing)表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)油(you)(you)(you)(you)(you)膜(mo)上的(de)(de)風(feng)紋(wen)可(ke)(ke)看出氣流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)方向和(he)流(liu)(liu)(liu)速大小。油(you)(you)(you)(you)(you)的(de)(de)常用(yong)原(yuan)料(liao)是(shi)液體石(shi)蠟、油(you)(you)(you)(you)(you)酸和(he)氧化鈦、氧化欽、氧化鋁或石(shi)墨按(an)一定重量比(bi)的(de)(de)混合物。使(shi)用(yong)油(you)(you)(you)(you)(you)膜(mo)法可(ke)(ke)使(shi)表(biao)面(mian)(mian)流(liu)(liu)(liu)譜(pu)(pu)圖像一目了然,并(bing)可(ke)(ke)在風(feng)洞(dong)停(ting)止吹風(feng)后一段時間(jian)內保持(chi)其(qi)表(biao)面(mian)(mian)流(liu)(liu)(liu)譜(pu)(pu)。但是(shi)需長時間(jian)吹風(feng),油(you)(you)(you)(you)(you)易(yi)(yi)流(liu)(liu)(liu)淌,模型(xing)及風(feng)洞(dong)易(yi)(yi)臟。

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④、PIV法

PIV(Particle Image Velocimetry),即粒子圖像(xiang)測速法,是一(yi)種瞬態、多點、無(wu)接觸式的流(liu)體力學測速方法。PIV技術的特點是超出了單點測速技術(如(ru)LDV)的局限性,在同一(yi)瞬態記錄下大量空間點上的速度(du)分(fen)布信息,并可提供豐富的流(liu)場(chang)空間結構(gou)以及(ji)流(liu)動特性。

PIV基(ji)本原理:在(zai)流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)中(zhong)撒布(bu)大量示(shi)蹤粒(li)子跟隨流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)運動,把(ba)激光束經過組合透(tou)鏡擴束成片光照(zhao)明流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang),使用數字相機拍攝流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)照(zhao)片,得(de)到(dao)的前后兩幀(zhen)粒(li)子圖(tu)像,對(dui)圖(tu)像中(zhong)的粒(li)子圖(tu)像進行(xing)互相關計算得(de)到(dao)流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)一個切(qie)面內定量的速度(du)(du)分(fen)布(bu),進一步處(chu)理可得(de)流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)渦(wo)量、流(liu)(liu)(liu)線以及等速度(du)(du)線等流(liu)(liu)(liu)場(chang)(chang)特性參數分(fen)布(bu)。


PIV示(shi)意圖:

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PIV系統組成:

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下圖:部分組件圖

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