研究背景：汽車環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙的流場品質(zhì)決定其能否真實(shí)地模擬汽車在實(shí)際道路上行駛的熱氣動狀態(tài)，進(jìn)而影響汽車各項熱性能測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。依托中汽中心環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙實(shí)驗(yàn)室，采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究對比了汽車環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙在無車狀態(tài)下的流場特性，重點(diǎn)對比了兩種實(shí)驗(yàn)室風(fēng)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(jié)論對汽車環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境艙試驗(yàn)結(jié)果的分析評估、流場的設(shè)計改進(jìn)以及數(shù)字風(fēng)洞的開發(fā)與應(yīng)用等具有重要參考價值。
流場測試：汽車環(huán)境實(shí)驗(yàn)室流場測試項目包括試驗(yàn)段的風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)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(tài)或移動式測試裝置。
圖1 距環(huán)境風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機(jī)出口1m處風(fēng)速分布（目標(biāo)風(fēng)速120km/h）
圖2 距風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機(jī)出口1m處邊界層厚度對比（目標(biāo)風(fēng)速80km/h）
圖3 距環(huán)境風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機(jī)出口1m處溫度分布（目標(biāo)溫度25℃和20℃）
圖4 環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙軸向靜壓梯度對比
流場仿真：建立了環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙的數(shù)字孿生模型，針對典型工況（目標(biāo)風(fēng)速120 km/h）、無車狀態(tài)下的環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙流場進(jìn)行了數(shù)值仿真，流場（風(fēng)速和總壓）試驗(yàn)值和仿真值誤差小于1.5%。
圖5 環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙風(fēng)速云圖（目標(biāo)風(fēng)速120km/h）
圖6 環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙氣流跡線圖（目標(biāo)風(fēng)速120km/h）
重要結(jié)論：
1）環(huán)境風(fēng)洞的流場品質(zhì)明顯優(yōu)于環(huán)境艙，環(huán)境艙的流場紊亂，主要體現(xiàn)在環(huán)境風(fēng)洞的風(fēng)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(huán)境風(fēng)洞相對于環(huán)境艙，其試驗(yàn)段的流場品質(zhì)更接近實(shí)際道路環(huán)境條件。
2）開發(fā)的高精度環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境艙數(shù)字孿生模型，為多角度、全方位、直觀地分析研究實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的流場分布以及揭示流場與熱力場的耦合機(jī)制等提供了科學(xué)有效的方法和手段。
【結(jié)語】中汽中心風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室于2020年正式投入使用，包含氣動聲學(xué)風(fēng)洞、環(huán)境風(fēng)洞、環(huán)境艙、空調(diào)假人、模型制作及評審等相關(guān)設(shè)施，重點(diǎn)開展風(fēng)洞先進(jìn)測試技術(shù)、數(shù)字風(fēng)洞技術(shù)、節(jié)能產(chǎn)品技術(shù)研究及應(yīng)用，在空氣動力學(xué)、熱管理、能量管理領(lǐng)域打造一站式服務(wù)供給能力。搭建行業(yè)交流平臺，開展共性技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制定、人才培養(yǎng)等工作，爭創(chuàng)國家程技術(shù)中心，持續(xù)推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。