汽車環境風洞與環境艙流場品質對比研究
時間：2022-09-05
研究背景：汽車環境風洞和環境艙的流場品質決定其能否真實地模擬汽車在實際道路上行駛的熱氣動狀態，進而影響汽車各項熱性能測試結果的準確性。依托中汽中心環境風洞和環境艙實驗室，采用試驗與數值模擬相結合的方法，研究對比了汽車環境風洞和環境艙在無車狀態下的流場特性，重點對比了兩種實驗室風速和溫度分布的均勻性、邊界層厚度及軸向靜壓梯度等。研究結論對汽車環境風洞與環境艙試驗結果的分析評估、流場的設計改進以及數字風洞的開發與應用等具有重要參考價值。
流場測試：汽車環境實驗室流場測試項目包括試驗段的風壓、風速、風速均勻性、邊界層厚度、軸向靜壓梯度和溫度均勻性等。測試采用的傳感器包括皮托管、邊界層耙、多孔探針、溫度傳感器以及各種靜態或移動式測試裝置。
圖1 距環境風洞噴口和環境艙風機出口1m處風速分布（目標風速120km/h）
圖2 距風洞噴口和環境艙風機出口1m處邊界層厚度對比（目標風速80km/h）
圖3 距環境風洞噴口和環境艙風機出口1m處溫度分布（目標溫度25℃和20℃）
圖4 環境風洞和環境艙軸向靜壓梯度對比
流場仿真：建立了環境風洞和環境艙的數字孿生模型，針對典型工況（目標風速120 km/h）、無車狀態下的環境風洞和環境艙流場進行了數值仿真，流場（風速和總壓）試驗值和仿真值誤差小于1.5%。
圖5 環境風洞和環境艙風速云圖（目標風速120km/h）
圖6 環境風洞和環境艙氣流跡線圖（目標風速120km/h）
重要結論：
1）環境風洞的流場品質明顯優于環境艙，環境艙的流場紊亂，主要體現在環境風洞的風速分布更加均勻、邊界層的厚度更薄、軸向靜壓梯度更小等方面。因此，環境風洞相對于環境艙，其試驗段的流場品質更接近實際道路環境條件。
2）開發的高精度環境風洞與環境艙數字孿生模型，為多角度、全方位、直觀地分析研究實驗室內的流場分布以及揭示流場與熱力場的耦合機制等提供了科學有效的方法和手段。
【結語】中汽中心風洞實驗室于2020年正式投入使用，包含氣動聲學風洞、環境風洞、環境艙、空調假人、模型制作及評審等相關設施，重點開展風洞先進測試技術、數字風洞技術、節能產品技術研究及應用，在空氣動力學、熱管理、能量管理領域打造一站式服務供給能力。搭建行業交流平臺，開展共性技術研究、標準制定、人才培養等工作，爭創國家程技術中心，持續推動行業技術進步。