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汽車風(fēng)洞測試是怎樣進(jìn)行的？
閱讀：2327 發(fā)布時(shí)間：2021-8-4作者：kg lee
（一）、風(fēng)洞組成
風(fēng)洞洞體由動力段、擴(kuò)散段、收縮段、低速試驗(yàn)段、高速試驗(yàn)段、拐角導(dǎo)流片、穩(wěn)定段、蜂窩器等部分組成。風(fēng)洞動力系統(tǒng)由大功率直流電機(jī)驅(qū)動，風(fēng)扇系統(tǒng)由玻璃鋼槳葉組成。
（1）、收縮段
收縮段位于試驗(yàn)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(yàn)段所需要的流動參數(shù)值。收縮段的一個(gè)重要特性參數(shù)是收縮比，通常用K表示：
K=收縮段進(jìn)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(zhì)和風(fēng)洞消耗功率有很大的關(guān)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(fēng)洞軸線的氣流，從而保證試驗(yàn)段中的氣流速度均勻而平直。收縮比大的風(fēng)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(fēng)洞的收縮比建議為K=2-4。
（2）、試驗(yàn)段
試驗(yàn)段是風(fēng)洞的核心部位，試驗(yàn)對象、模擬環(huán)境條件的一些裝置以及測量儀器、觀察控制室等都設(shè)置在這里。試驗(yàn)段的三維尺寸和風(fēng)速是風(fēng)洞的重要參數(shù)，三維尺寸不僅決定了所能進(jìn)行汽車風(fēng)洞的性質(zhì)(是實(shí)車還是模型)，而且還直接影響到流場品質(zhì)和試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。試驗(yàn)段應(yīng)當(dāng)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(yàn)段的長度一般建議不小于橫截面直徑的二倍。
下圖：寶馬實(shí)車風(fēng)洞試驗(yàn)段：
擴(kuò)散段的作用是通過風(fēng)道橫截面積的增加，降低風(fēng)洞中氣流的速度，從而降低能量損失。它一般位于試驗(yàn)段的后面。擴(kuò)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(yàn)段出口處的動能*的轉(zhuǎn)變成壓力能。另外，擴(kuò)散段應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈L度，其擴(kuò)散角一般不超過50～60。
（4）、動力段
動力段一般包括電機(jī)、風(fēng)扇、整流罩、等流計(jì)、止旋片。它的作用是不斷為風(fēng)洞中的氣流補(bǔ)充量，以保證氣流以一定的速度恒穩(wěn)地在風(fēng)洞中流動。調(diào)節(jié)風(fēng)洞中風(fēng)速的方法通常有兩種：一是加大電機(jī)的功率；二是調(diào)節(jié)風(fēng)扇的漿葉角度。裝在風(fēng)扇前的導(dǎo)流片和裝在風(fēng)扇后的止旋片都是用于消除風(fēng)扇所造成的旋流，從而改善氣流的狀態(tài)，提高流場品質(zhì)。
下圖：動力段風(fēng)扇
穩(wěn)定段的作用主要是消除旋渦、穩(wěn)定氣流狀態(tài)。在穩(wěn)定段中通常裝置有整流網(wǎng)(阻尼網(wǎng))和蜂窩器。整流網(wǎng)一般采用金屬絲制成，整流網(wǎng)主要用以將氣流旋渦轉(zhuǎn)換成大量的能迅速衰減的小旋渦，因此雖然在離網(wǎng)很近的距離內(nèi)，會增加紊流度，但離開網(wǎng)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(wǎng)一起消除空間的不均勻
性。由于蜂窩器在沿風(fēng)洞軸線方面有一定的寬度，故而可以減少氣流速度對于風(fēng)洞軸線的傾斜脈動。
作者：kg lee
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下圖：風(fēng)洞整體圖
下圖：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外景
下圖：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場圖（分別是側(cè)偏6度，0度，15度的情況）
（1）、氣動力天平
氣動力天平是用來測量模型的氣動力和力矩的測量儀器。圖示天平為六分量應(yīng)變式汽車專用天平，可以用來測量 汽車的阻力、升力、側(cè)力、橫擺力矩、側(cè)傾力矩和俯仰力矩。這個(gè)是最基本的測量，一般的企業(yè)做這個(gè)測量可以驗(yàn)證CFD仿真的準(zhǔn)確性。
作者：kg lee
下圖：六分量天平
下圖：六分量具體內(nèi)容
（2）、地面抽吸設(shè)備
汽車模擬風(fēng)洞對模擬地面的邊界層具有較高的要求，其地面厚度不應(yīng)超過地面間隙的1%~8%。否則將影響試驗(yàn)結(jié)果。地面效應(yīng)模擬使由于氣流相對于地板運(yùn)動而產(chǎn)生的附面層盡量的小。模擬地面效應(yīng)一可以采用以下幾種方法：
流場顯示試驗(yàn)，主要用于觀測車輛內(nèi)外的空氣流動、車身表面的塵土污染以及車窗上的水滴流動等現(xiàn)象。流場定量測量可以測得流場中待測點(diǎn)的流場數(shù)值(一般為與速度有關(guān)的數(shù)值)，主要用于分析流場特性，如汽車尾部流場特性等。目前，流場顯示試驗(yàn)常用的方法有絲帶法、煙流法、油膜法，粒子圖像測速法(PIV)等。
①、絲帶法
絲帶法是用于觀察表面流場的常用方法。通過觀察粘貼在模型表面上的絲帶的運(yùn)動狀況來確定模型表面的流譜。通過長飄綢帶來顯示連續(xù)的氣流流況。
絲帶的飄動方向和范圍即為模型表面該點(diǎn)處的氣流速度和方向變動范圍。通常選用輕柔的綢帶和細(xì)小的絲線。絲帶的長度和間距根據(jù)模型部位和流場的復(fù)雜情況等確定，長度一般在50-100 mm之間，間距一般在5-10 mm之間。在流場較復(fù)雜的部位，如前側(cè)窗附近，采用較短的絲線，間距也較小些。反之，在一些結(jié)構(gòu)變化較小、流動較簡單的表面上布置的絲帶較長，間距也較大。絲帶法絲帶法簡單易行，各點(diǎn)流態(tài)清晰可見。但因絲帶本身的重量和慣性，與真實(shí)的流態(tài)略有差異。
②、煙流法
煙流法顯示周圍的氣流流場以及模型表面的分離流和尾部渦流等。試驗(yàn)時(shí)，煙流發(fā)生器產(chǎn)生煙，并由梳狀管排出煙絲。煙流試驗(yàn)風(fēng)速通常選擇在10-20 m/s之間。
③、油膜法
油膜法主要用于汽車表面污染的研究，是將混有一定顏色的不易揮發(fā)、粘度較大的油液均勻地噴涂在模型或汽車表面。根據(jù)模型表面的油膜上的風(fēng)紋可看出氣流的方向和流速大小。油的常用原料是液體石蠟、油酸和氧化鈦、氧化欽、氧化鋁或石墨按一定重量比的混合物。使用油膜法可使表面流譜圖像一目了然，并可在風(fēng)洞停止吹風(fēng)后一段時(shí)間內(nèi)保持其表面流譜。但是需長時(shí)間吹風(fēng)，油易流淌，模型及風(fēng)洞易臟。
PIV(Particle Image Velocimetry),即粒子圖像測速法，是一種瞬態(tài)、多點(diǎn)、無接觸式的流體力學(xué)測速方法。PIV技術(shù)的特點(diǎn)是超出了單點(diǎn)測速技術(shù)（如LDV）的局限性，在同一瞬態(tài)記錄下大量空間點(diǎn)上的速度分布信息，并可提供豐富的流場空間結(jié)構(gòu)以及流動特性。
PIV基本原理：在流場中撒布大量示蹤粒子跟隨流場運(yùn)動，把激光束經(jīng)過組合透鏡擴(kuò)束成片光照明流場，使用數(shù)字相機(jī)拍攝流場照片，得到的前后兩幀粒子圖像，對圖像中的粒子圖像進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算得到流場一個(gè)切面內(nèi)定量的速度分布，進(jìn)一步處理可得流場渦量、流線以及等速度線等流場特性參數(shù)分布。
PIV示意圖：
PIV系統(tǒng)組成：
下圖：部分組件圖
