汽車風洞測試是怎樣進行的？

更新時間：2021-08-04 點擊次數：3421

作者：kg lee

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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：寶馬實車風洞試驗段：

（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：動力段風扇

（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

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下圖：風洞整體圖

下圖：風洞實驗室內外景

下圖：實驗現場圖（分別是側偏6度，0度，15度的情況）

（二）、風洞試驗部分設備

（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變式汽車專用天平，可以用來測量汽車的阻力、升力、側力、橫擺力矩、側傾力矩和俯仰力矩。這個是最基本的測量，一般的企業做這個測量可以驗證CFD仿真的準確性。

作者：kg lee

下圖：六分量天平

下圖：六分量具體內容

（2）、地面抽吸設備

汽車模擬風洞對模擬地面的邊界層具有較高的要求，其地面厚度不應超過地面間隙的1%~8%。否則將影響試驗結果。地面效應模擬使由于氣流相對于地板運動而產生的附面層盡量的小。模擬地面效應一可以采用以下幾種方法：

（3）、流場顯示設備

流場顯示試驗，主要用于觀測車輛內外的空氣流動、車身表面的塵土污染以及車窗上的水滴流動等現象。流場定量測量可以測得流場中待測點的流場數值(一般為與速度有關的數值)，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動狀況來確定模型表面的流譜。通過長飄綢帶來顯示連續的氣流流況。

絲帶的飄動方向和范圍即為模型表面該點處的氣流速度和方向變動范圍。通常選用輕柔的綢帶和細小的絲線。絲帶的長度和間距根據模型部位和流場的復雜情況等確定，長度一般在50-100 mm之間，間距一般在5-10 mm之間。在流場較復雜的部位，如前側窗附近，采用較短的絲線，間距也較小些。反之，在一些結構變化較小、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，各點流態清晰可見。但因絲帶本身的重量和慣性，與真實的流態略有差異。

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。試驗時，煙流發生器產生煙，并由梳狀管排出煙絲。煙流試驗風速通常選擇在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、粘度較大的油液均勻地噴涂在模型或汽車表面。根據模型表面的油膜上的風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，并可在風洞停止吹風后一段時間內保持其表面流譜。但是需長時間吹風，油易流淌，模型及風洞易臟。

④、PIV法

PIV(Particle Image Velocimetry),即粒子圖像測速法，是一種瞬態、多點、無接觸式的流體力學測速方法。PIV技術的特點是超出了單點測速技術（如LDV）的局限性，在同一瞬態記錄下大量空間點上的速度分布信息，并可提供豐富的流場空間結構以及流動特性。

PIV基本原理：在流場中撒布大量示蹤粒子跟隨流場運動，把激光束經過組合透鏡擴束成片光照明流場，使用數字相機拍攝流場照片，得到的前后兩幀粒子圖像，對圖像中的粒子圖像進行互相關計算得到流場一個切面內定量的速度分布，進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分布。

PIV示意圖：

PIV系統組成：

下圖：部分組件圖

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