研究背景：汽車(chē)環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙的流場(chǎng)品質(zhì)決定其能否真實(shí)地模擬汽車(chē)在實(shí)際道路上行駛的熱氣動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而影響汽車(chē)各項熱性能測試結果的準確性。依托中汽中心環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙實(shí)驗室，采用試驗與數值模擬相結合的方法，研究對比了汽車(chē)環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙在無(wú)車(chē)狀態(tài)下的流場(chǎng)特性，重點(diǎn)對比了兩種實(shí)驗室風(fēng)速和溫度分布的均勻性、邊界層厚度及軸向靜壓梯度等。研究結論對汽車(chē)環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境艙試驗結果的分析評估、流場(chǎng)的設計改進(jìn)以及數字風(fēng)洞的開(kāi)發(fā)與應用等具有重要參考價(jià)值。

流場(chǎng)測試：汽車(chē)環(huán)境實(shí)驗室流場(chǎng)測試項目包括試驗段的風(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(dòng)式測試裝置。

圖1 距環(huán)境風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機出口1m處風(fēng)速分布（目標風(fēng)速120km/h）

圖2 距風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機出口1m處邊界層厚度對比（目標風(fēng)速80km/h）

圖3 距環(huán)境風(fēng)洞噴口和環(huán)境艙風(fēng)機出口1m處溫度分布（目標溫度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(chǎng)仿真：建立了環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙的數字孿生模型，針對典型工況（目標風(fēng)速120 km/h）、無(wú)車(chē)狀態(tài)下的環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙流場(chǎng)進(jìn)行了數值仿真，流場(chǎng)（風(fēng)速和總壓）試驗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（目標風(fēng)速120km/h）

圖6 環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境艙氣流跡線(xiàn)圖（目標風(fēng)速120km/h）

重要結論：

1）環(huán)境風(fēng)洞的流場(chǎng)品質(zhì)明顯優(yōu)于環(huán)境艙，環(huán)境艙的流場(chǎng)紊亂，主要體現在環(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，其試驗段的流場(chǎng)品質(zhì)更接近實(shí)際道路環(huán)境條件。

2）開(kāi)發(fā)的高精度環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境艙數字孿生模型，為多角度、全方位、直觀(guān)地分析研究實(shí)驗室內的流場(chǎng)分布以及揭示流場(chǎng)與熱力場(chǎng)的耦合機制等提供了科學(xué)有效的方法和手段。

【結語(yǔ)】中汽中心風(fēng)洞實(shí)驗室于2020年正式投入使用，包含氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞、環(huán)境風(fēng)洞、環(huán)境艙、空調假人、模型制作及評審等相關(guān)設施，重點(diǎn)開(kāi)展風(fēng)洞先進(jìn)測試技術(shù)、數字風(fēng)洞技術(shù)、節能產(chǎn)品技術(shù)研究及應用，在空氣動(dòng)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(kāi)展共性技術(shù)研究、標準制定、人才培養等工作，爭創(chuàng )國家程技術(shù)中心，持續推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。