汽车风洞试验段非定常流场的试验
机动车风洞流场的检测方法
机动车风洞流场的检测方法徐文劼【摘要】讨论了机动车风洞试验中有关风速和流场品质的检测方法,介绍了测试手段的原理和特性.结合风洞实验室中流场的几种主要技术参数,分析并介绍了与之相适应的测试方法,为相应领域的实际应用提供参考.【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】4页(P4-7)【关键词】风洞实验室;流场品质;风速检测【作者】徐文劼【作者单位】上海市计量测试技术研究院【正文语种】中文0 引言机动车风洞实验室是针对整车进行环境试验的大型试验场所。
它通过风机和经过设计的管道产生人造风场，可模拟各种行车环境中遇到的空气阻力、噪声、热力学状态，再配合其他设备可进一步模拟天气环境和日照辐射等。
机动车风洞试验涉及测试车辆的安全性、稳定性、极端气候环境下的可靠性，同时对车辆的外形设计、底盘设计、动力损失控制、节能减排等方面都需要参照机动车风洞试验的结果。
机动车风洞实验室造价昂贵、设备复杂、设计要求较高。
2009年9月国内第一座机动车风洞实验室在上海同济大学建成，填补了国内机动车研发设计领域的多个空白。
2016年，上汽集团投资在上海嘉定建成一座大型机动车风洞实验室。
随着国内各类风洞实验室陆续建成，厂商的各类检测需求也日益增长，而相关领域计量检测技术尚不成熟，关于机动车风洞流场的检测方法急需创新和完善。
1 风洞实验室主要技术参数及流场品质指标风洞实验室是多设备协作的环境试验系统，以上汽风洞实验室为例，所涉及的主要技术参数见表1。
由表1可见，一个成熟的机动车风洞实验室其功能是较为多样和复杂的，通常在样车试验中会根据研究方向，选择一些主要影响参数进行模拟。
如图1所示，风洞实验室主要通过风机和管道协作，产生一个连续的风场，其中试验段的流场品质是影响整车实验的关键，也是测试人员关注的核心区域，本文仅探讨针对该区域流场品质的检测方法。
风洞实验段的流场品质主要涉及气流速度分布的均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声等级等参数。
Savonius型风力机非定常流动的CFD和PIV研究
Savonius型风力机非定常流动的CFD和PIV研究摘要：本文旨在介绍Savonius（萨沃纽斯）型垂直轴风力发电机流场的研究。
这种风力机结构紧凑，可当做多级能源使用。
它的转子高度大约相等于转子直径，因此，风力发电机组的流动模拟需要三维模型。
由于其操作原则和叶片气流角的连续变化，可以观察到强烈不稳定影响造成的分离和涡脱落的现象。
在这种情况下，用K-ω和DES湍流模型可以得到良好的实验效果。
在本次工作中，我们采用CFD研究Savonius型风力机在不同流场条件下的行为，并确定其性能和尾迹的演变。
流场分析能帮助我们判别风力机设计的好坏。
为了验证模拟的准确性，在风洞中进行PIV试验研究，它可以确定真实的流场结构并验证数值模拟的精度。
1.介绍风力机通常被分为两种类型：水平轴和垂直轴。
这样分类与转轴相对风的位置有关。
因此，Savonius型风力机和Darrieus,Gyromill,H-rotor等等风力机一样归类为垂直轴风机。
Savonius型风力机以拥有此专利的芬兰工程师Savonius命名。
转子的基本版本是个S形横截面，这个S形横截面由两个半圆形与它们之间的一小部分重叠的叶片组成。
Savonius型转子被列为拖动式垂直轴风力机，其操作原理主要是基于凸叶片和凹叶片之间的阻力差。
然而，转子的不同角位置以及升力也能产生扭矩。
文献3是Savonius型风力机优点的综述，这种风力机设计简单稳健，可支持高风速，在低风速下也具有良好的启动特性和操作性。
它不需要定向装置，能在任何风向下工作。
这种风力机比转速低，不幸的是它的功率系数比较低。
关于Savonius型转子的试验和数值研究已经很多很多。
文献1,4,5,6,7是关于风洞中的试验。
在文献8,9,10,11中，为了获得转子内部以及周围的速度场，很多作者使用粒子成像技术或者粒子跟踪测速法。
除了试验，文献1,12,13,14还展示了许多数值研究。
Savonius型转子的气动性能和机械强度使得这种风力机能作为一个小型自主电源的一部分。
汽车整车空气动力学风洞试验 气动力风洞试验方法
汽车整车空气动力学风洞试验气动力风洞试验方法第一章试验介绍1.1 试验背景汽车的设计与制造是一个复杂的过程，为了确保汽车在高速行驶时能够稳定、安全地行驶，必须对汽车的空气动力学性能进行全面的评估和测试。
其中，空气动力学风洞试验是一种常用的测试手段，通过模拟车辆在真实行驶环境中的空气流动情况，来评估汽车的空气动力学性能。
1.2 试验目的汽车整车空气动力学风洞试验的主要目的是通过对汽车在风洞中的空气动力学性能进行测试和分析，为汽车的设计和改进提供重要的参考依据。
具体包括评估汽车的气动阻力、升力、侧向力等参数，以及研究汽车在不同速度和风向下的空气动力学特性，为汽车的设计优化提供数据支持。
1.3 试验对象本次试验的对象为某汽车制造公司新研发的一款中型轿车，车型为XX型号。
该车型在设计阶段已经进行了初步的空气动力学仿真分析，但为了进一步验证仿真结果的准确性，并对车辆的空气动力学性能进行更加全面深入的评估，需要进行空气动力学风洞试验。
第二章试验方法2.1 试验设备本次试验将使用某汽车制造公司配备的先进空气动力学风洞，风洞设备包括风道、风扇、测量传感器等。
风道采用封闭式结构，能够模拟多种不同的速度和风向条件，满足不同车速和风向下的算测需求。
风扇能够产生高速气流，测量传感器用于对车辆在风洞内的空气动力学参数进行实时监测和记录。
2.2 试验方案需要确定试验的速度范围和风向条件。
一般来说，汽车在行驶过程中会受到不同速度和不同角度的气流影响，因此需要在风洞中模拟不同的速度和风向条件，以获得全面准确的空气动力学性能数据。
确定试验参数和测量点。
根据汽车的设计特点和试验的目的，确定需要测量的空气动力学参数，如阻力、升力、侧向力等，并确定在车身表面的哪些位置设置测量点，以获取相应的测量数据。
进行试验数据的采集和分析。
在风洞试验进行过程中，需要通过测量传感器对车辆在风洞内的空气动力学参数进行实时监测和记录，然后对采集到的数据进行分析和评估，得出对汽车空气动力学性能的客观准确的评估结果。
风洞实验报告
(9)关闭风洞，记录实验室的大气参数和压力计工作液酒精密度：大气压 ，温度 ， 。
3.机翼失速测量试验
(10)将压力计底座调为水平，再调节液壶面高度使测压管液面与刻度“0”平齐，斜角θ=30o。
(4)
(5)
图3：作用在翼型表面上的压强
由几何关系可知 ， 。由此可得
(6)
(7)
作用在翼型上总的法向力和轴向力可由 和 沿翼型表面积分得到，即
(8)
(9)
把上式化成系数形式，即
(10)
(11)
式中 、 、 表示翼型坐标x、y和翼型上、下表面最大纵坐标相对于弦长b的无量纲量。
实验目的
1.测定一座风洞实验段的速度和压力;
15
20
30
40
50
60
y位置（mm）
0
4.46
6.01
7.03
7.74
8.6
8.96
8.96
8.7
测压孔数目
9
10
11
12
13
14
15
16
x位置（mm）
70
80
90
100
110
120
130
140
y位置（mm）
8.24
7.62
6.85
5.97
5
3.93
2.78
1.53
3.机翼失速测量试验
图2：飞机失速
3.8
3.8
3.7
1.8
3.7
2.2
低速风洞非定常风特性模型及验证
低速风洞非定常风特性模型及验证徐让书;葛宁;王治敏【摘要】位于大气边界层中的建筑结构受到非定常的风速影响会导致其结构破坏.为研究该现象,在风洞实验室中恰当地模拟大气边界层环境,不但要实现稳定风速的模拟,而且变动风速也要满足一定要求,即是阵风谱(Gust spectrum)的模拟.旨在通过分析影响风洞实验段风速的因素,采用改变动力段对电机输入的功率来实现要求的阵风谱,并在实际风洞中进行验证.结合流体力学原理,通过对空气以及动力系统进行分析来建立守恒方程,应用Matlab软件进行数值计算.模拟出在风速达到稳定后,输入正弦电压得到实验段的风速.模拟结果表明,在实验段风速呈现正弦曲线,经快速傅里叶分析与电压频率一致.经试验验证后与模拟结果吻合,振幅与风洞对应输入功率所标定的风速一致,故可用该方法模拟产生规定阵风谱下的非定常风.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】4页(P29-32)【关键词】大气边界层风洞;阵风谱;非定常流动;数值计算【作者】徐让书;葛宁;王治敏【作者单位】沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136【正文语种】中文【中图分类】TH16;V2111 引言风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。
低速风洞是指试验段气流速度小于马赫数小于0.3的风洞。
从20世纪四十年代开始，国外开始建造低速风洞，迄今低速风洞已经得到了很大的发展[1]。
在大气边界层的紊流风能够激起低频运动发生共振现象，造成建筑结构破坏。
故为研究此破坏程度，需要在风洞中模拟出建筑所在环境，即非定常的大气边界层风洞。
汽车风洞油滴实验报告
一、实验目的1. 了解汽车风洞实验的基本原理和操作方法。
2. 通过油滴实验，观察汽车在高速行驶时空气动力学特性的变化。
3. 分析汽车在不同速度和角度下，风洞中油滴的运动轨迹，评估汽车空气动力学性能。
二、实验原理汽车风洞实验是一种模拟汽车在高速行驶时空气动力学特性的实验方法。
实验中，将汽车模型放置在风洞中，通过调节风洞风速和风向，模拟汽车在实际行驶中的空气流动情况。
通过观察油滴在风洞中的运动轨迹，可以分析汽车在不同速度和角度下的空气动力学特性。
三、实验仪器与设备1. 汽车风洞实验装置2. 油滴发生器3. 高速摄像机4. 数据采集与分析软件5. 汽车模型四、实验步骤1. 准备实验装置，确保汽车模型安装牢固。
2. 将汽车模型放置在风洞中心，调整角度和位置，确保模型与实际行驶状态相符。
3. 打开风洞，调节风速至预定值，观察油滴发生器产生的油滴在风洞中的运动轨迹。
4. 利用高速摄像机记录油滴的运动过程，并实时传输至数据采集与分析软件。
5. 分析不同风速、风向和角度下油滴的运动轨迹，评估汽车空气动力学性能。
五、实验结果与分析1. 在风速较低时，油滴在风洞中的运动轨迹较为平稳，表明汽车模型在低速行驶时空气动力学性能较好。
2. 随着风速的增加，油滴在风洞中的运动轨迹变得复杂，出现明显的波动和旋转，表明汽车模型在高速行驶时空气动力学性能较差。
3. 在不同风向和角度下，油滴的运动轨迹也有所不同。
当风向与汽车行驶方向一致时，油滴运动轨迹较为平稳；当风向与汽车行驶方向垂直时，油滴运动轨迹出现明显波动，表明汽车在侧风条件下空气动力学性能较差。
六、实验结论1. 汽车风洞实验可以有效地模拟汽车在高速行驶时的空气动力学特性。
2. 通过观察油滴在风洞中的运动轨迹，可以评估汽车在不同速度、风向和角度下的空气动力学性能。
3. 汽车在设计过程中，应充分考虑空气动力学特性，以提高汽车行驶稳定性和燃油经济性。
七、实验总结本次汽车风洞油滴实验，使我们深入了解了汽车空气动力学特性，掌握了汽车风洞实验的基本原理和操作方法。
汽车风洞测力实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过汽车风洞测力系统，对汽车在不同速度和角度下的空气动力学性能进行测试，包括风阻系数、升力系数、侧向力系数等参数的测量。
通过实验，分析汽车在不同工况下的空气动力学特性，为汽车设计和改进提供科学依据。
二、实验原理汽车风洞测力实验基于空气动力学原理，通过测量汽车模型在风洞中受到的空气作用力，计算出风阻系数、升力系数、侧向力系数等参数。
实验过程中，利用风洞产生的均匀气流，对汽车模型进行不同速度和角度的测试。
三、实验设备1. 汽车风洞：用于产生均匀气流，模拟汽车行驶环境。
2. 汽车模型：与实际汽车尺寸相似，用于测试空气动力学性能。
3. 测力系统：包括力传感器、力矩传感器、数据采集系统等，用于测量汽车模型受到的空气作用力。
4. 计时器：用于测量汽车模型通过风洞的时间，从而计算速度。
四、实验步骤1. 准备实验设备，确保其正常运行。
2. 将汽车模型放置在风洞中，调整角度和高度，确保模型稳定。
3. 开启风洞，调整风速，使气流均匀。
4. 记录风速、角度等参数。
5. 测量汽车模型受到的空气作用力，包括水平力和垂直力。
6. 利用数据采集系统，实时记录实验数据。
7. 改变汽车模型角度和高度，重复实验步骤。
8. 分析实验数据，计算风阻系数、升力系数、侧向力系数等参数。
五、实验结果与分析1. 风阻系数（Cd）：实验结果显示，汽车模型在不同速度和角度下的风阻系数有所差异。
在高速行驶时，风阻系数较大，随着速度降低，风阻系数逐渐减小。
在特定角度下，风阻系数达到最小值，说明汽车模型在该角度下空气动力学性能最佳。
2. 升力系数（Cl）：实验结果显示，汽车模型在不同速度和角度下的升力系数有所变化。
在特定角度下，升力系数达到最大值，说明汽车模型在该角度下具有良好的操控性能。
3. 侧向力系数（Cη）：实验结果显示，汽车模型在不同速度和角度下的侧向力系数有所差异。
在高速行驶时，侧向力系数较大，随着速度降低，侧向力系数逐渐减小。
实验8：风洞实验段速度和压力测定
试验八：风洞试验段速度和压力测定一、试验目的测定一座风洞试验段的速度和压力。
二、试验仪器与设施1.直流式下吹低速风洞，稳定段界面50OmlnX 200Innb出口矩形界面50Onlnl ×200mmO最高出口流速W40m∕s.2.皮托管，修正系数k (已知修正系数)，排管压力计，其修正系数为L工作液为酒精，比重取0.8,斜角为30°。
三、试验标定原理风洞试验中，试验段的来流速度是一基本流淌参数，必需给出。
开口风洞中，一般用风洞出口截面中心位置处的一「流速指示来流速度。
依据不行压缩伯努'利方程：出灯西皮托管P÷-pV2=Z> ⑴@ V = JkZAP(2)其中：AP为皮托管测得的总压p。
与静压P之差,稳定段出口截面—1~~~∖3 1：开口风洞试验段为风洞试验段动压。
可以由排管压力计读出，k为皮托管标定系数, 风洞试验段的工作压力和速度。
图2：皮托管结构示意图四、试验操作步骤Q为工况下气体密度。
由此可以得出Waml吧______ )^everS,p equallyA _________ ^/spaced circumference)/ ------------------------ --Stagnation point图3：皮托管测速示意图1.试验前制定试验步骤，确定数据处理的方法。
2 .在老师指导下把皮托管安装在低速风洞试验段内，皮托管总压孔应对准来流方向，不要偏斜。
3 .用导管连接皮托管和排管压力计，留意检查导管，不得有破漏或堵塞。
留意斜管压力计的初始读数。
4 .启动风洞，调整风洞变频器频率（不小于IOHZ为宜），纪录排管压力计的读数。
5 .转变风速（变频器频率），重复步骤4,登记10〜15组数据。
6 .关闭风洞，纪录大气压强和室内温度。
7 .整理仪器，试验数据交老师签字后离开试验室。
五、试验结果试验原始数据就是酒精柱长度测量值，由排管酒精压力计测量，并填于表Io 排管压力计初始读数：_mm。
2017年发达国家风洞试验研究进展-力学论文-物理论文
2017年发达国家风洞试验研究进展-力学论文-物理论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：从三个方面综述了2017年国外发达国家风洞试验发展动态, 包括国家风洞试验设备改造情况、风洞试验技术发展情况以及大型风洞开展的试验研究项目。
在此基础上, 给出了风洞试验未来发展趋势的分析研究结果。
关键词：风洞试验; 风洞测试技术; 风洞设备;0、引言大型风洞试验设备被视为国家的战略资源。
风洞试验是开展先进飞行器预研、型号设计/评估和CFD工具验证的重要手段。
透过2017年度国外航空航天发达国家风洞试验设备、试验技术和风洞试验情况的发展动态, 我们可以从一个侧面了解和认识国外发达国家风洞试验和飞行器研究的现状, 分析发展趋势, 从而为我国风洞设备建设和型号研制提供参考。
1、加强核心风洞设备改造, 提高试验模拟能力根据美国国会颁布的81-415公共法案, 美国国家风洞试验设备主要集中于建设NASA (美国国家航空航天局) 和军方的AEDC (阿诺德工程发展综合体) 。
进入21世纪以来, 美国国家风洞试验设备已完成去产能工作, 国家资源向国家基本核心风洞集中, 提高资金利用率和风洞更新改造的科学化管理水平。
根据NASA航空评估和试验能力项目(AETC) , 2017年, 美国NASA完成了对兰利、格林和艾姆斯三个研究中心12座核心风洞设备2016财年的评估工作, 掌握了主要风洞设备现状、可靠性以及满足未来五年试验的能力, 更新了设备管理数据库, 为科学管理风洞维修改造奠定了基础。
NASA格林中心IRT结冰风洞采用组合使用标准喷嘴和Mod 1喷嘴的方式, 调试完成IRT水滴分布, 满足FAA 25部附录O冻雨(FZDZ) 模拟MVD40的试验模拟要求。
世界最大的全尺寸风洞美国NASA的NFAC (国家空气动力设施) 在经历了2003年关停、2008年交由军方AEDC管理运营后, 美国国防部投资、由Jacobs工程/宇航试验联盟(ATA) 负责对其进行了全面恢复和升级改造工作。
汽车风洞试验段非定常流场的试验
文 章 编 号 ： ２ ３３ ４ ２ １ ） ｌ０ ９—５ ０ ５ ．７Ｘ（ ｏ２ Ｏ一０ ７０
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汽 车 风 洞 试 验 段 非 定 刚， 杨志 刚
Ｓ ａ ｇ ａ ０ ８ ４，Ｃｈｎ ） ｈ ｎ ｈ ｉ２ １ ０ ｉａ
究［］ １ 对试验段 内的定常流场 品质有 了较深入的 了 。 。
解 ， 对 于 试 验段 内气 流 的非 定 常 流 动特 性 还 没 完 但 全掌 握 ， 因此需 要深 入研 究 ． 低速 开 口回流风洞 中存 在 一个 典 型 现象 即试 验
段 的低频 振 动［ ． 于 在全 尺 寸风 洞 中 发 生 该 现 象 ４ 由 ３ 的频 率 范 围主要 在 ２ ０ Ｈｚ以下 ， 因而 称 之 为 低 频 颤
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｉｎ ｌｈ ｔｗｉｅ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｏ － ｒ ｓ ｕ ｅ ｏ ｔ ｓ ｈ ｕ ｓ ｅ ｄ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｆ ｗ ｓｄ ｅ ｔ ｓ ｃ ｉｎ ｏ ｎ ｎ ｔ ａ ｙ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｏ ｌ ｉ ｉ ｅ ｔ ｅ ｔ ｃ ｈ ｏ ｎ ｈ ｅ ｓ ｔ ｆ ｏ ａ
Ｆｏ ｌｗ Ｉ ｓｄ Ｔ ｓ Ｓ ｃ ｉｎ ｏ Ａｕ ｏ ｔｖ ｎ ｉｅ ｅｔ ｅｔｏ ｆ ｔ ｍｏ ｉｅ
Ｗ ｉ ｄＴ ｎ ｅ ｎ ｕ ｎｌ
ＪＡ ／ ，Ｗ Ｎ ｗ ｎ ，Ｙ Ｎ ｛ ｎ Ａ ＧＹ ｇ Ａ Ｇ ｇ ｇ ａ
（ ｈｎ ｈｉ ｕｏ ｔ ｅ ｉｄ Ｓ ａ ｇａ Ａ ｔｍｏｉ Ｗ ｎ Ｔｕ ｎ ｌ ｅ ｔｒ Ｔ ｎ ｊ ｖ ｎ ｅ Ｃ ｎｅ ， ｏ ｇｉ Ｕｎｖｒｉ ， ｉｅｓ ｙ ｔ
整车空气动力学风洞试验—汽车气动力试验标准
整车空气动力学风洞试验—汽车气动力试验标准1 范围针对整车气动力风洞实验所需的流场品质、测试装备及仪器提出要求，推荐气动力测试的标准工况以及气动力测试方法和流程，给出测试数据有效性的评价方法。
本标准阐述的方法适用于实车整车，即七座（含七座）以下乘用车，也适用于对应尺寸的车辆模型（油泥模型、硬质模型等），重量和尺寸根据风洞规模和测试能力而定。
根据本标准推荐的方法所获取的结果，可作为整车空气动力学性能评估及优化设计的依据。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 3730.2-1996 道路车辆质量词汇和代码GB/T 19234-2003 乘用车尺寸代码JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示T/CSAE 111-2019 乘用车空气动力学性能术语3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1汽车空气动力学风洞automotive aerodynamic wind Tunnel一种模拟汽车道路行驶过程中，受气流作用的试验装置。
通过该装置配备的各测量系统可以测量汽车气动力和气动力矩、局部流场显示、特征点或特征区域的压力等。
在整车开发过程中，用于阶段性气动性能检验、优化，并最终验证汽车空气动力学性能水平。
3.1.1汽车空气动力学风洞坐标系automotive aerodynamic wind tunnel coordinate system 在汽车空气动力学风洞中，其坐标原点位于转盘中心，坐标系符合右手定则，见图1。
图1 汽车空气动力学风洞坐标系3.1.2整车风洞full-scale wind tunnel一种可以进行真实车辆或1:1汽车模型试验的风洞。
3.2风洞流场品质air flow quality of wind tunnel表征风洞试验段流场稳定性和均匀性的评价指标，包括但不限于湍流度，速度分布，压力分布等参数。
非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响
非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响杨 易 徐永康 聂 云 范光辉 伍奕桦湖南大学汽车车身先进制造国家重点实验室,长沙,410082摘要:采用大涡模拟与风洞试验相结合的方法,研究了非定常来流下汽车气动升力瞬态特性的变化规律,分析了来流速度脉动频率对气动升力的影响,讨论了对气动特性产生影响的物理机制㊂模拟计算结果表明:来流速度的脉动频率对升力系数有很大影响;来流以短周期脉动时,升力系数近似呈正弦规律变化;来流以长周期脉动时,升力系数先增大后减小,随后趋于平稳振荡㊂研究结果表明:尾部流场结构在很大程度上影响气动升力的大小和方向,速度脉动变化引起上下部压差变化进而导致升力变化㊂关键词:非定常来流;汽车外流场;气动升力;瞬态特性中图分类号:U 469 D O I :10.3969/j.i s s n .1004-132X.2014.12.023E f f e c t s o fU n s t e a d y S t r e a mo nT r a n s i e n tC h a r a c t e r i s t i c s o fA u t o m o t i v eA e r o d yn a m i cL i f t Y a n g Y i X uY o n g k a n g N i eY u n F a nG u a n g h u i W uY i h u a S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dD e s i gna n d M a n u f a c t u r e f o r V e h i c l eB o d y ,H u n a nU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ,410082A b s t r a c t :A na p p r o a c ho f c o m b i n i n g t h e l a r g ee d d y s i m u l a t i o na n d w i n dt u n n e l e x pe r i m e n tw a s e m p l o y e d t o s t u d y t h ev a r i a t i o nof t r a n s i e n t c h a r a c t e r i s t i c so f a u t o m o t i v ea e r o d y n a m i c l i f tu n d e r t h e u n s t e a d y s t r e a m.T h ee f f e c t so fv e l o c i t yp e r t u r b a t i o nf r e q u e n c i e so na e r o d y n a m i c l i f tw e r ea n a l y z e d a n d t h e p h y s i c a lm e c h a n i s mc o n t r i b u t i ng t o th ev a ri a t i o no n t h e a e r o d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c sw a sd i s -c u s s e d .S i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a t v e l o c i t y p e r t u r b a t i o n f r e q u e n c i e s h a v e a g r e a t i m p a c t o n l i f t c o e f -f i c i e n t .S p e c i f i c a l l y ,i nt e r m so fs h o r t p e r i o do s c i l l a t i ng s t r e a m ,l i f tc o e f f i c i e n tch a n ge s i na c c o r d a n c e w i t h s i n u s o i d a l c u r v e .W i t h r e s p e c t t o t h e l o n g p e r i o d o s c i l l a t i n g s t r e a m ,h o w e v e r ,l if t c o e f f i c i e n t f i r s t l yi n c r e a s e s a n dt h e nd e c r e a s e s .F i n a l l y ,i t t e n d st os t a b l eo s c i l l a t i o n .T h e p r i m a r y a n a l ys i ss h o w st h a t t r a i l f l o wf i e l d s t r u c t u r e l a r g e l y a f f e c t s t h em a g n i t u d e a n d d i r e c t i o n o f t h e a e r o d y n a m i c l i f t .A d d i t i o n a l -l y ,t h e c h a n g eo fv e l o c i t yp e r t u r b a t i o nl e a d s t ot h ec h a n g eo f p r e s s u r ed i f f e r e n c eb e t w e e nu p pe ra n d l o w e r of t h eb o d y ,t h e r e b yg i v i n g r i s e t o th e c h a n g e o f a e r o d y n a mi c l i f t .K e y wo r d s :u n s t e a d y s t r e a m ;f l o wf i e l d a r o u n dv e h i c l e ;a e r o d y n a m i c l i f t ;t r a n s i e n t c h a r a c t e r i s t i c s 收稿日期:2013 01 17基金项目:国家自然科学基金资助项目(51375155);湖南省自然科学基金资助项目(13J J 3041)0 引言气动升力是评价汽车空气动力学性能的主要指标,直接影响汽车的操纵稳定性和动力性,同时间接影响汽车的燃油经济性[1]㊂目前气动升力研究的主要是稳态气流速度下的气动性能[2],然而自然界中风速是经常变化的,这使得车身气动升力产生脉冲变化㊂瞬时的气动力脉动作用在汽车上,使汽车的气动特性发生改变,从而影响汽车的操纵稳定性和行驶安全性,甚至引发交通事故[3],例如高速情况下汽车会出现发飘㊁抬头现象㊂因此,研究非定常来流对汽车气动升力的影响可以帮助我们了解汽车瞬态气动特性,为汽车安全技术和汽车自动驾驶技术提供理论依据,具有十分重要的现实意义㊂目前,对汽车外部流场的数值模拟大多采用定常的R A N S 模式获得表征汽车气动特性的时均变量㊂然而,R A N S 模式在非定常模拟方面存在一些不足,很难准确模拟汽车外部流场的分离特性以及瞬态流场的复杂气动现象[4]㊂近代计算机技术的飞速发展给人们提供了研究该问题的新途径,公认比较有前景的是大涡模拟和直接数值模拟㊂受到计算机速度和容量的限制,直接数值模拟还仅限于低雷诺数的流动,对高雷诺数的完全数值模拟目前还不可能㊂大涡模拟是介于直接数值模拟和R A N S 之间的折衷物,由于其具有较少的计算消耗和较高的计算精度,正显示出越来越强的生命力[5]㊂J a n g 等[6]对比分析了某斜背式汽车外部流场k ‐ε湍流模型模拟㊁大涡模拟和P I V 试验,发现大涡模拟和P I V 试验能较好地吻合㊂本文采用大涡模拟与试验结合的方法研究非定常来流下汽车气动特性,采用大涡模拟的方法研究非定常来流下汽车气动升力瞬态特性的变化规律,并讨论了对气动特性产生影响的物理机制㊂㊃1861㊃非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响杨 易 徐永康 聂 云等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.1 数值计算方法1.1 控制方程及亚格子尺度模型L E S 方法基本思想可以概括如下:用瞬时的N a v i e r ‐S t o k e s 方程直接模拟湍流中的大尺度涡,不直接模拟小尺度涡,而小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑㊂这样既考虑了小尺度涡对流场的影响,又能求得大尺度涡产生的脉动压力㊂为了从湍流瞬时运动方程中将尺度比滤波函数尺度小的涡滤掉,需要建立一种数学滤波函数㊂滤波函数处理瞬时状态下的N a v i e r ‐S t o k e s 方程及连续方程为∂∂t (ρu i )+∂∂x j (ρu i u j )=-∂p -∂x i +∂∂x j (μ∂u i ∂x j )-∂τi j∂x j(1)∂ρ∂t +∂∂x i(ρu i )=0(2)τi j =ρu i u j -ρu i u j 式中,ρ为流体密度;u i ㊁u j 为滤波后的速度分量;μ为湍流黏性系数;τi j 为亚格子尺度应力(S G S ),体现了小尺度涡的运动对所求解的运动方程的影响㊂S m a g o r i n s k y 提出的基本SG S 模型中,S G S 应力具有如下形式:τi j -13τk k δi j =-2μt S i j (3)其中,μt 是亚格子尺度的湍动黏度,可用下式来计算:μt =(C s Δ)2|S |(4)|S |=2S i j S i j S i j =12(∂μi ∂x j+∂μj ∂x i )Δ=f (ΔxΔy Δz )1/3f =1-e x p (-y +25)式中,y +为第一层节点距壁面的量纲一距离;Δi 为沿i 轴方向的网格尺寸㊂然而,实际应用中很难选取适当的S m a g o r -i n s k y 常数C s 来准确地反映汽车周围的流场㊂为克服这种缺陷,M e n e v e a u 等提出了如下方程[6‐10]:C =C 2s =-12Δ2I L M I MM (5)∂I L M ∂t +u j ∂I L M∂x j=1T (L i j M i j -I L M )(6)∂I MM ∂t +u j ∂I MM ∂x j=1T (M i j M i j -I MM )(7)T =C t Δ(I L M )-1/4式(5)~式(7)中相关参数详见文献[6‐10]㊂1.2原车模型及计算域本文选取国际标准模型M IR A模型组中的阶梯背模型㊂该模型较为简单,车身没有复杂附件,底盘简化为光滑平板㊂在U G 软件中建立原车模型,如图1所示㊂计算时使用长方体计算域来模拟风洞,计算域入口距车头3倍车长,出口距车尾7倍车长,宽度为7倍车宽,高度为5倍车高㊂图1 M I R A 阶梯背模型1.3 网格划分采用I C E M ‐C F D 软件生成非结构化网格,并在整车表面拉伸出三层平行的棱柱网格以满足壁面函数㊂为保证计算的收敛及高精度,在网格划分过程中,对车身表面圆弧过渡处㊁拐角处等几何形状不规则㊁具有气流分离等特征的区域进行网格加密[11]㊂考虑到L E S 对近壁区网格的特殊要求,划分网格时设置了密度盒,密度盒内网格单元尺寸为96,设定y +≈10㊂应该指出的是,按照这样的网格设置,网格数为6.25×106,比目前相关研究所采用的网格数多,但是仍与L E S 所期望的y +数值有一定的距离[12]㊂网格模型如图2所示㊂图2 网格模型1.4 数值模拟方法数值模拟分析时湍流场的求解基于F l u e n t 框架中的L E S ,选用S m a g o r i n s k y ‐L i l l y 亚格子模型,C s 取默认值0.1㊂相关研究表明[13],为真实模拟汽车外流场特性,滑移壁面边界条件应用到计算域的两个侧面和顶面,地板设置为移动壁面边界,同入口最大流速为40m /s,方向沿x 轴方向㊂计算域的入口指定为速度入口,通过编译用户自定义函数(U D F )实现入口速度随时间余弦变化,非定常来流的速度变化可写成如下形式:㊃2861㊃中国机械工程第25卷第12期2014年6月下半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.U ∞(t )=30+10c o s (2πf t )(8)其中,U ∞(t)为瞬时来流速度,平均来流速度为30m /s ,速度脉动幅值为10m /s ,f 为非定常来流的脉动频率㊂如果f 过大,升力系数和阻力系数就会出现相对较大的波动,计算结果将不可靠;如果f 过小,它对相对低速运动的汽车的空气动力学性能的影响可以忽略㊂本文选取6个来流脉动周期(T =15s ,8s ,4s ,2s ,1s ,0.5s)进行计算,计算时间步长设置为0.01s,每一个时间步内进行20次子迭代㊂2 非定常来流下风洞试验与数值仿真因目前试验设备还不能够产生短周期余弦变化的自由来流,但是可以通过试验测量稳态下不同速度的来流作用在汽车模型上的气动六分力和汽车外部流场结构,以此研究来流速度的变化对气动特性产生的影响㊂采用的原车风洞试验模型如图3所示,开启边界层基础抽吸系统进行试验㊂为了确保后续仿真的可靠性,风洞试验选取与数值仿真相同的来流速度㊂图3 原车风洞试验模型气动力系数的C F D 计算与风洞试验结果见表1,对比表明:气动阻力系数仿真值与试验值相对误差很小,均在3%以内;气动升力系数仿真值与试验值相对误差较大,均在6%以内㊂其主要原因是气动升力的C F D 计算受汽车外型㊁湍流模型和网格质量等影响较大,因而会存在相对较大的误差,但也可以验证C F D 计算的相对可靠性[14]㊂由表1还可以看出,来流速度由20.93m /s 增大至39.23m /s 时,气动升力系数的试验值和仿真值都随着速度的增大而快速减小,减小了约一半;气动阻力系数的试验值和仿真值都随着速度的增大而缓慢增大,增大了约2%㊂其主要原因是升力系数基数很小,相对变化率较高㊂来流的变化对升力影响较为显著,因此有必要研究非定常来流对气动升力的影响㊂图4为来流速度为30m /s 时C F D 计算与P I V 试验的纵对称面流线图㊂在U G 建模中取竖直向上为Z 向,即为升力方向㊂从图4可以看出C FD 计算与P I V 试验尾涡结构能够很好地吻合㊂这也说明LE S 湍流模型能够较好地模拟实车模型㊂表1 C F D 值与风洞试验值比较来流速度(m /s )阻力系数升力系数试验值仿真值相对误差(%)试验值仿真值相对误差(%)20.930.318730.309622.860.063720.066294.0322.350.318790.310892.480.056380.059655.8025.050.318670.311202.340.053890.056374.6027.470.319050.311352.410.048330.050895.3030.310.319170.312432.110.043690.045594.3532.160.320250.313472.110.040170.041984.5134.880.323520.314422.810.036750.040324.2737.020.323410.315802.350.035900.037855.4339.230.323340.316202.210.035210.037165.54(a )C F D 仿真(b )P I V 试验图4 v =30m /s 时纵对称面速度流线图仿真计算所得的六分力和流场结构在不同来流速度下具有很好的可靠性,也就是说,任意给定一个速度,通过仿真计算得到汽车在此速度下六分力的大小和流场结构是可靠的,那么在非定常来流下计算得到的六分力大小和流场结构也是可靠的㊂这就说明本文使用的仿真分析方法具有较高的可靠性㊂3 来流脉动频率对气动升力的影响3.1 气动升力随来流速度脉动频率的变化选择F l u e n t 软件中的大涡模拟湍流模型来㊃3861㊃非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响杨 易 徐永康 聂 云等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.模拟计算不同周期的余弦来流对气动升力的影响㊂图5所示为升力系数随来流速度脉动频率的变化㊂因为来流速度变化规律为余弦运动,所以当t/T<0.5时,来流为减速过程;当t/T>0.5时,来流为加速过程㊂从图5可以看出,不论加速还是减速过程,来流速度的脉动频率对汽车的升力系数都有很大影响㊂下面选择三个阶段分别分析长周期和短周期下气动升力随来流变化的变化规律,第一阶段为0<t/T<0.25,第二阶段为0.25<t/T<0.79,第三阶段为0.79<t/T<1㊂1.T=0.5s2.T=1s3.T=2s4.T=4s5.T=8s6.T=15s图5 升力系数随来流速度脉动频率的变化当来流以短周期脉动时,随着来流速度的变化,升力系数总体近似呈正弦规律变化,周期越短幅值越大㊂第一阶段,升力系数由最大的负值转变为最大的正值;第二阶段,升力系数由最大的正值转变至最大的负值,即由峰值转变至谷值;第三阶段,负升力系数缓慢减小,然后进入下一个周期㊂当来流以长周期脉动时,第一阶段,升力系数在来流减速初始阶段有一个较大的负值,随后负值逐渐转变为较大的正值;第二阶段,升力系数先缓慢减小至一个平稳值,随后在C L=0.035附近微幅度振荡,周期越长振荡越趋于平稳;第三阶段,升力系数缓慢增大,然后进入下一个周期㊂取空气密度ρa=1.247k g/m3,迎风面积A=1.85739m2,根据升力公式F Z=ρa U¥(t)2A C L/2(9)计算可得到图6所示的气动升力随来流速度脉动频率的变化曲线㊂由图6可知,气动升力随来流速度脉动频率的变化与气动升力系数随来流速度脉动频率的变化有相似的规律㊂3.2 气动升力变化的原因3.2.1 汽车尾部流场结构分析通过对汽车尾部流场结构的变化过程进行分析,可以解释气动升力产生上述变化的原因㊂一般情况下,流经汽车车身上表面的空气质点速度比流经下表面的空气质点速度快,汽车车身上部1.T=0.5s2.T=1s3.T=2s4.T=4s5.T=8s6.T=15s图6 气动升力随来流速度脉动频率的变化会形成低压区,而汽车车身下部会形成高压区,导致汽车产生正升力㊂同理,如果上部气流速度慢而底部气流速度快,则会形成负升力㊂图7所示为脉动周期为1s时不同时刻纵对称面的尾部流线㊂第一阶段,在t/T=0.05时刻,来流刚开始减速,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流还没有形成㊂根据相关研究[15],涡流区内部会产生一个较大的负压,此时汽车上表面的气压比没有涡流时要大,下表面气压较低,就会产生较大的负升力㊂随着后窗玻璃与行旅箱盖之间涡流的形成,上下来流的汇合迹线偏向上方,如图7中t/T=0.2时刻㊂汽车上部气压逐渐减小,负升力也逐渐减小并转变为较大的正升力㊂(a)t/T=0.05(b)t/T=0.2(c)t/T=0.8(d)t/T=0.9图7 周期T=1s时不同时刻的纵对称面尾部流线第二阶段,对比t/T=0.2和t/T=0.8时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流基本没有改变,但上下部气流的汇合迹线明显由上方转向下方,说明汽车尾流有逐渐向下拖拽汽车的趋势,因此正升力也开始减小并转变为负升力㊂根据伯努利原理,高压区气流流向低压区,这同样说明汽车上部气压逐渐变高㊂第三阶段,对比t/T=0.8和t/T=0.9时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流逐渐减小,尾㊃4861㊃中国机械工程第25卷第12期2014年6月下半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.流开始趋于紊乱,一条汇合迹线逐渐变成两条,因此汽车上部气压逐渐减小,负升力减小㊂图8所示为脉动周期为8s 时不同时刻的纵对称面尾部流线㊂第一阶段,在t /T =0.05时刻,来流刚开始减速,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流还没有形成,此时会有一个较大的负升力㊂在t /T =0.2时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流已经形成,汽车上部压力逐渐增大,上下来流的汇合迹线飘忽不定,此时也会出现一个较大的升力,但是会迅速减小㊂(a )t /T =0.05(b )t /T =0.2(c )t /T =0.8(d )t /T =0.9图8 周期T =8s 时不同时刻的纵对称面尾部流线第二阶段,对比t /T =0.2和t /T =0.8时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流结构变得紊乱,汇合迹线方向也不固定,尾流呈现一种杂乱状态,此时速度脉动变化导致升力出现微幅振荡㊂第三阶段,对比t /T =0.8和t /T =0.9时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间的涡流结构逐渐趋于稳定,汇合迹线也由一条变为两条,此时升力就会出现小幅增大㊂3.2.2 纵对称面压力变化分析因为长周期下升力变化并不明显,所以本文不进行仔细讨论㊂为进一步说明上述短周期下气动升力变化幅度很大的原因,选取T =1s 时不同时刻纵对称面等值线压力云图来分析汽车上下表面压力的变化,如图9所示㊂第一阶段,在t /T =0.05时刻,车顶盖处负压与底部负压相近,但车头和行旅箱盖处负压值较小,因此会产生一个较大的负升力㊂在t /T =0.2时刻,车顶与车底正压区域和强度相近,后窗玻璃与行旅箱盖之间由于涡流的作用形成一个很强的负压区,故汽车上部压力相对较小,此时会产生一个较大的正升力㊂因此会出现第一阶段的变化㊂第二阶段,对比t /T =0.2和t /T =0.8时刻,后窗玻璃与行旅箱盖之间很强的负压区已经(a )t /T =0.05(b )t /T =0.2(c)t /T =0.8(d )t /T =0.9图9 T =1s 时不同时刻纵对称面等值线压力云图消失,车头前端出现一个很大的正压区,因此会出现升力由一个较大的正值转变为一个较大的负值的现象㊂第三阶段,对比t /T =0.8和t /T =0.9时刻,压力云图分布没有出现很大的变化,但是上下部的压力都有所减小,此时负升力也会出现小幅㊃5861㊃非定常来流对汽车气动升力瞬态特性的影响杨 易 徐永康 聂 云等Copyright ©博看网. All Rights Reserved.减小㊂综上所述,来流速度脉动变化导致汽车外部流场结构变化,外部流场结构变化导致上下部压差变化进而导致升力变化㊂4 结论(1)定常来流下,通过C F D计算得出的阻力系数和升力系数与风洞试验误差较小,尾部流线能够很好地与P I V试验吻合,说明L E S湍流模型能够较好地模拟实车模型㊂(2)来流速度的脉动频率对汽车的升力系数有很大影响㊂短周期脉动时,随着来流速度的变化,升力和升力系数近似呈正弦规律变化,周期越短波动幅值越大㊂主要原因是后窗与行旅箱盖之间涡流的形成以及上下气流汇合迹线方向的改变导致汽车上下部压力改变㊂(3)来流以长周期脉动时,升力和升力系数先由一个较大的负值转变为较大的正值,随后缓慢减小并趋于微振荡,周期越长振荡越趋于平稳㊂主要原因是后窗与行旅箱盖之间涡流的形成以及来流脉动变化导致尾流结构不稳定㊂参考文献:[1] 谷正气.汽车空气动力学[M].北京:人民交通出版社,2005.[2] 赛伯‐里尔斯基AJ.汽车空气动力学[M].北京:人民交通出版社,1984.[3] 宋昕,谷正气,何忆兵,等.基于A h m e d模型的气动升力研究[J].汽车工程,2010,32(10):846‐850.S o n g X i n,G uZ h e n g q i,H eY i b i n g,e t a l.R e s e a r c ho fL i f tF o r c eo na n A h m e d m o d e l[J].A u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g,2010,32(10):846‐850.[4] 汪怡平,谷正气,邓亚东,等.基于准k‐ε‐v2/L E S模型的汽车外流场数值模拟[J].机械工程学报,2012,48(14):97‐102.W a n g Y i p i n g,G uZ h e n g q i,D e n g Y a d o n g,e t a l.A e r-o d y n a m i cS i m u l a t i o no fV e h i c l eb y U s i n g t h e H y-b r i dS e m i k‐ε‐v2/L E SM o d e l[J].J o u r n a l o fM ec h a n-i c a l E n g i n e e r i n g,2012,48(14):97‐102.[5] A l‐G a r n i A M,B e r n a l LP,K h a l i g h i B.E x p e r i m e n t a lI n v e s t i g a t i o no ft h e F l o w A r o u n da G e n e r i cS U V[J].S A EP a p e r,2004‐01‐0228.[6] J a n g D S,L e e Y W,D o h D H,e ta l.L a r g eE d d yS i m u l a t i o no fF l o w A r o u n daB l u f fB o d y o fV e h i c l eS h a p e[J].K S M E I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l,2001,15(12):1835‐1844.[7] 王福军.计算流体动力学分析 C F D软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004. 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车载测试中的车辆通风和空气流动性能测试
车载测试中的车辆通风和空气流动性能测试近年来，随着车辆工业的发展和人们对行车舒适性的要求不断提高，车辆通风和空气流动性能测试逐渐成为汽车行业关注的重点领域。
本文将从测试原理、测试方法和测试结果分析三个方面介绍车载测试中的车辆通风和空气流动性能测试。
一、测试原理车辆通风和空气流动性能测试是通过模拟车辆行驶状态下的空气流动情况，评估车辆内部通风系统的效果和空气流动性能，以确保车内空气的质量和舒适性。
测试原理主要包括风洞试验和计算流体力学（CFD）两种方法。
风洞试验是一种通过搭建模型车辆并在特定环境条件下进行测试的方法。
通过改变进气口的位置和大小、调整出口和进口之间的固定障板等手段，模拟不同的行车状态和车速，测试车辆通风和空气流动情况。
风洞试验具有可控性强、精确度高的特点，但需要占用大量的资源和设备，并且周期长，成本高。
CFD是一种基于数值计算的模拟方法，通过将车辆和车厢内部划分成网格单元，并模拟车辆行驶状态下的空气流动情况。
CFD方法具有计算效率高、周期短、灵活性好的特点，但需要准确的车辆和车厢几何模型以及流体力学方程的求解，对计算资源和软件技术要求较高。
二、测试方法车辆通风和空气流动性能测试可采用多种方法，根据实际需求和测试条件来选择合适的方法。
主要包括风洞试验、CFD模拟和道路测试三种方法。
风洞试验主要用于评估车辆在不同行车状态和不同速度下的通风和空气流动性能。
在风洞中设置合适的进气口和出口，通过测量和记录车辆内部的风速、压力分布等参数来评估车辆的通风效果和空气流动性能。
CFD模拟方法则通过使用计算机软件对车辆和车厢进行建模，并模拟车辆行驶状态下的空气流动情况。
通过求解流体力学方程，可以得到车辆内部的风速、压力和温度等参数，从而评估车辆的通风效果和空气流动性能。
道路测试是指在实际道路行驶过程中对车辆的通风和空气流动进行测试。
通过安装传感器和仪器，测量车辆内部的风速、温度和湿度等参数，并进行数据采集和分析，以评估车辆的通风效果和空气流动性能。
车载测试中的车辆空气动力学测试
车载测试中的车辆空气动力学测试在车辆设计和开发过程中，车辆空气动力学测试是至关重要的一环。
通过对车辆在不同速度和工况下的空气流动进行测试和分析，可以为车辆的性能改进和优化提供重要的参考依据。
本文将详细介绍车载测试中的车辆空气动力学测试的意义、方法和应用。
一、意义车辆空气动力学测试是评估车辆空气动力性能的关键环节。
空气动力学性能直接影响车辆的操控稳定性、燃油经济性和安全性能等指标。
通过车辆空气动力学测试，可以了解车辆在高速行驶时的空气流动特性，发现并解决潜在的空气阻力和气动噪声问题，提高车辆的性能。
二、方法1. 风洞测试风洞测试是目前车辆空气动力学测试的主要方法之一。
它通过模拟车辆在真实行驶中的空气流动情况，获取车辆外部流场的相关数据。
风洞测试通常包括全尺寸车身和局部模型的测试，可以测试车身表面压力分布、阻力系数、升力系数等参数。
2. 道路试验道路试验是另一种常用的车辆空气动力学测试方法。
通过在实际道路环境中使用测试设备，如压力测量探针和流场测量仪器，对车辆的空气动力学性能进行实时监测和记录。
道路试验可以更真实地模拟车辆在实际行驶中的空气流动情况，获取更准确的数据。
三、应用1. 车辆设计优化通过车辆空气动力学测试，可以对车辆进行全面评估和分析，从而指导车辆的设计优化工作。
通过减小车辆的空气阻力和提高空气流动的平稳性，可以有效降低燃油消耗，提高燃油经济性。
此外，合理的车身造型和空气动力学布局还能提高车辆的稳定性和操控性能，增强行驶安全性。
2. 新能源车辆开发在新能源汽车的开发中，车辆空气动力学测试同样具有重要作用。
由于新能源汽车的动力系统和车身结构与传统燃油车存在差异，其空气动力学性能也有所不同。
通过对新能源车辆的空气动力学测试，可以对其进行优化设计，降低空气阻力，提高续航里程和整车性能。
3. 安全性能评估车辆空气动力学测试还可应用于车辆的安全性能评估。
通过分析车辆在高速行驶中的空气流动特性，可以预测车辆的稳定性和操控性能，为车辆制定相应的安全措施提供科学依据。
风洞试验
什么是风洞风洞一般称之为风洞试验。
简单地讲，就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取试验数据。
这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的“绿色通道”。
简单的说，风洞就是在地面上人为地创造一个“天空”。
至于我们国家的风洞为什么会选择建在大山深处，那是历史原因造成的。
发达国家如何发展空气动力学空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。
世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视，不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作。
美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程——“星球大战”计划中，就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。
的确，如果不先在空气动力学上获得重大突破，这个将耗资1万亿美元的超级工程，很多关键技术将无法解决。
紧接着在1985年发表的“美国航空航天2000年”中，也把空气动力学列为需要解决的七个问题中的第一个。
而剩下的六个问题中还有四个与空气动力学有关。
这使美国花费巨额投资研制了每秒20亿次的超级计算机专门为空气动力学研究服务。
前苏联在“十月革命”胜利后的第二年，列宁就下令组建了国家空气动力研究机构——中央流体动力研究院，并任命“俄罗斯航空之父”茹可夫斯基担任院长，这一决策为前苏联成为世界上另一个航天大国奠定了坚实的基础。
二次大战之前，斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。
与美国相比，前苏联在空气动力学的整体水平上毫不逊色，甚至在许多方面都领先于美国，它在航空航天领域取得的一系列成就足以说明这一点。
英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家，然而战后他们突然发现自己比美、苏等国落后了一截，于是两国重振旗鼓、奋起直追。
在战后第二年，法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起，组建了国家空气动力研究机构，并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心，堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。
汽车风洞高品质流场气动设计方法
汽车风洞高品质流场气动设计方法
赵峰;耿子海;张超;孔婷婷;郭西全;陈钰婷
【期刊名称】《应用物理》
【年(卷),期】2024(14)5
【摘要】汽车风洞的高品质流场是指试验段速度稳定且均匀、轴向静压梯度低、
湍流度低、背景噪声低以及无低频颤振且低频压力脉动低。
本文围绕汽车风洞3/4开口试验段气动构型特点,结合理论分析、数值仿真和工程估算,将决定汽车风洞高
品质流场的洞体气动轮廓、试验段喷口与收集口匹配关系、湍流度控制措施、背景噪声控制措施以及低频压力脉动控制方法等要素做了初步分析,研究表明:1) 气动轮廓决定着流场均匀性和气流偏角;2) 试验段喷口和收集口匹配关系决定着轴向静压
梯度;3) 收缩段的收缩比、稳定段整流、拐角段整流、风扇段整流、洞壁粗糙元及
洞体部段阶差决定着湍流度;4) 轴流风扇、拐角导流片、消声室决定着背景噪声;5) 喷口剪切层涡脱频率与风洞及驻室的声振频率决定着低频压力脉动。
本文给出了汽车风洞高品质流场气动设计的基本流程与技术路线,初步形成了一套工程设计方法。
【总页数】19页(P352-370)
【作者】赵峰;耿子海;张超;孔婷婷;郭西全;陈钰婷
【作者单位】比亚迪汽车工业有限公司汽车工程研究院深圳
【正文语种】中文
【中图分类】V21
【相关文献】
1.汽车风洞试验段流场的试验研究
2.基于计算流体力学软件的汽车风洞流场及其边界层控制的研究
3.汽车风洞试验段非定常流场的试验
4.汽车风洞实际流场对声源识别的干扰与修正
5.扩散段洞壁位置度偏差对汽车风洞流场影响的试验研究
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汽车环境风洞实验室校准方法
汽车环境风洞实验室校准方法首先，汽车环境风洞实验室校准的第一步是确定校准标准。
校准标准是指一套准确、可靠的测试条件和仪器设备，用于验证风洞的准确性和一致性。
常见的校准标准包括温度、湿度、风速、大气压力等参数。
根据实际需要，可以选择合适的标准进行校准。
第二步是准备校准仪器设备。
校准仪器设备主要包括温度计、湿度计、风速计和压力计等。
这些设备需要具备高精度和可靠性，以确保校准的准确性。
第三步是进行校准实验。
校准实验需要进行多次重复的测试，以验证风洞系统的准确性和一致性。
根据需要，可以进行温度、湿度、风速和气压等参数的单独校准，也可以进行综合性的校准。
在校准实验中，需要事先确定各项参数的目标值，并进行精确的测量和记录。
同时，需要根据校准标准，调整风洞系统的参数，以达到校准的要求。
在实验过程中，需要保持环境条件的稳定，避免外界因素对校准结果的影响。
完成校准实验后，需要对实验结果进行数据处理和分析。
对于每个参数，可以计算其偏差和不确定度，并与校准标准进行比较。
如果偏差在可接受范围内，并且不确定度较小，则说明校准结果是准确可靠的。
最后，需要进行校准结果的报告撰写。
报告中应包括校准目的、方法、实验结果和结论等内容。
同时，还需要注明校准日期和负责人等信息，以方便后续的追踪和管理。
总之，汽车环境风洞实验室校准是保证测试结果准确可靠的重要环节。
通过确定校准标准、准备校准仪器设备、进行校准实验、数据处理和分析，以及撰写校准报告等步骤，可以确保校准结果的可靠性，并为后续的风洞测试提供准确的测试条件。
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第４０卷第１期２０１２年１月同济大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ）Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１２文章编号：０２５３－３７４Ｘ（２０１２）０１－００９７－０５ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－３７４ｘ．２０１２．０１．０１８收稿日期：２０１０－１１－２４第一作者：贾 青（１９７９—），女，讲师，工学博士，主要研究方向为空气动力学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｉｎｇ．ｊｉａ＠ｓａｗｔｃ．ｃｏｍ通讯作者：王毅刚（１９６４—），男，副研究员，理学博士，主要研究方向为气动声学．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｇａｎｇ．ｗａｎｇ＠ｓａｗｔｃ．ｃｏｍ汽车风洞试验段非定常流场的试验贾 青，王毅刚，杨志刚（同济大学上海地面交通工具风洞中心，上海２０１８０４）摘要：采用三维热线风速仪测量了不同工况下某全尺寸汽车风洞１∶１５模型风洞试验段内的非定常流场．对测点自功率谱密度（ＰＳＤ）分析表明，对于喷口风速小于３７ｍ·ｓ－１的低速工况，湍流能量主要集中在２０Ｈｚ附近，当喷口风速为２５ｍ·ｓ－１时，该频率对应的ＰＳＤ数值最大；喷口风速大于３７ｍ·ｓ－１的高速工况，湍流能量主要集中在４３Ｈｚ附近，当喷口风速为４１ｍ·ｓ－１时，该频率对应的ＰＳＤ数值最大．无论是高速工况还是低速工况，气流从喷口到收集口处脉动速度的振动幅值都逐渐增加，且在高速工况下的脉动速度幅值增量明显大于低速工况．通过试验还发现脉动速度在收集口角度为０°的工况下的振动能量远高于收集口角度为１５°的工况．关键词：汽车风洞；试验段；非定常流场；风洞试验中图分类号：Ｕ４６７．１ 文献标识码：ＡＴｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｕｎｓｔｅａｄｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆＦｌｏｗ Ｉｎｓｉｄｅ Ｔｅｓｔ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＷｉｎｄ ＴｕｎｎｅｌＪＩＡ Ｑｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｉｇａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｗｉｎｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｈｏｔ－ｗｉｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅｕｎｓｔｅａｄｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ１：１５ ｓｃａｌｅｄ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｄｅｎｓｉｔｙ（ＰＳＤ）ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｐｏｉｎｔｓ，ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｎｏｚｚｌｅ ｓｐｅｅｄ ｗａｓｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ３７ ｍ·ｓ－１ ｔｈｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ ａｔｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ａｂｏｕｔ ２０ Ｈｚ．Ａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ２５ ｍ·ｓ－１ ｔｈｅＰＳＤ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｍａｘ．Ｗｈｅｎ ｎｏｚｚｌｅ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ３７ ｍ·ｓ－１ ｔｈｅ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗａｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ ａｂｏｕｔ ４３Ｈｚ．Ａｔ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ４１ ｍ·ｓ－１ ｔｈｅ ＰＳＤ ｖａｌｕｅ ｗａｓｍａｘ．Ｕｎｄｅｒ ｂｏｔｈ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ｐｅａｋｏｆ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｅｎｌａｒｇｅｄ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅｆｌｏｗ ｆｒｏｍ ｎｏｚｚｌｅ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓｌａｒｇｅｒ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ．Ｆｒｏｍ ｔｅｓｔ ｗｅ ａｌｓｏｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｗａｓ ０ｄｅｇｒｅｅ ｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｍｕｃｈ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ １５ ｄｅｇｒｅｅｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｔｅｓｔ ｓｅｃｔｉｏｎ；ｕｎｓｔｅａｄｙｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ；ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ 整车风洞是汽车空气动力学试验研究不可缺少的实验设施．传统的航空风洞通常都是闭口式风洞，汽车风洞通常采用３／４开口式风洞．该类风洞的特点是气流在喷口边缘处形成具有较大脉动量的射流剪切层．射流剪切层所围内部区域通常称为射流核心区，该处气流较为均匀，具有较低的湍流度，是模型的测试区域．具有较大脉动量的射流剪切层撞到收集口后，部分气流以压缩波的形式从收集口上或两侧返回喷口，激发新的大涡旋产生，从而形成尖劈反馈效应，其他部分气流沿着收集口进入扩散段．可见该处流动具有典型的非定常流动特性．以往的研究［１－３］对试验段内的定常流场品质有了较深入的了解，但对于试验段内气流的非定常流动特性还没完全掌握，因此需要深入研究．低速开口回流风洞中存在一个典型现象即试验段的低频振动［４］．由于在全尺寸风洞中发生该现象的频率范围主要在２０Ｈｚ以下，因而称之为低频颤振．从声振角度来讲，该现象是由于风洞结构本身的声振频率与流场压力扰动频率一致时发生共振或者流场内部之间存在着的耦合因素互相作用形成的，以往虽对该风洞的低频颤振现象进行过大量的研究［５－６］，其形成机理却尚未明确．对于流场特性的研究有助于从机理上解释低频颤振现象．为此，本文将在以往定常流动研究［１，３］基础上，使用三维热线风速仪对试验段内的非定常流动进行测量，进一步弄清 同济大学学报（自然科学版）第４０卷 试验段内气流的流动性态，从而揭示试验段内气流的流动机理，为全尺寸汽车风洞设计如收集口角度的选取提供依据．１ 试验设施及试验方法为了便于研究低速开口回流式汽车风洞的空气动力学性能，建设了上海市地面交通工具风洞中心全尺寸３／４开口回流式低速汽车风洞的１∶１５的模型风洞，如图１所示，喷口长、宽、高分别为１８０，４３３，２８３ｍｍ；收集口相应尺寸为３４０，５５５，３８５ｍｍ；试验段相应尺寸为１ ５１７，１ １８３，８１８ｍｍ．该模型风洞与全尺寸风洞具有相似的结构，在此模型风洞中进行的气动性能的试验结果对全尺寸风洞具有重要参考价值．模型风洞采用变频器来控制和实时调节风机的运行转速从而控制喷口风速，其最大喷口风速为４５ｍ·ｓ－１．为得到风洞试验段内非定常流场的特性，此模型风洞配备了热线风速仪可对流场的瞬时速度进行测量．热线探头采用Ｄａｎｔｅｃ公司的恒温式热线风速仪５５Ｒ９１，测量精度在１．５％之内．为了实现模型风洞试验段内热线探头的多点测量，研制了二维移测架用于测点的准确定位．本文涉及模型风洞试验段内的多个测点测量，将试验段内坐标系定义为：ｘ方向（流动方向）的零点为喷口出口平面；ｙ方向（试验段宽度方向）零点为试验段纵向对称面，靠近观察窗一侧为正；ｚ方向（试验段高度方向）零点为试验段地面，试验段简图如图２所示．为了了解试验段内从喷口到收集口之间流场的图２ 风洞内测量坐标示意Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ流动特性以便于选取试验时的测点位置，本文首先对风洞试验段内的流场进行了定常数值计算．如图３所示，流体在喷口处形成射流，由于测试段内外气流具有较大的速度差，因此在喷口上板边和侧板边分别形成了很明显的射流剪切层，其内部脉动量较大．在气流遇到收集口后，一部分气流继续流动进入扩散段，一部分逆流回试验段，造成脉动量的加大．为全面涵盖脉动量明显的区域，最终确定了几个测量平面．具体为沿ｘ方向分别取测量面：ｘ＝０，５０，２５０，５００，７５０，８５０，９００ｍｍ；沿ｙ方向每间隔３０ｍｍ取个测量面，靠近喷口处最大测量面为ｙ＝２４０ｍｍ，收集口处较宽，其最大测量面为ｙ＝２７０ｍｍ；沿ｚ方向以ｚ＝２０ｍｍ为测量起始平面，每间隔３０ｍｍ取一个测量面，喷口处最高测量面为ｚ＝２６０ｍｍ，收集口处最高测量面为ｚ＝３８０ｍｍ．图３ 风洞内数值计算流场云图Ｆｉｇ．３ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｔｏｕｒ ｆｒｏｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ根据以往的声学实验研究［６］得到在收集口角度为１５°时低频颤振现象具有相对最弱的性态，而收集口角度为０°是一基本状态，因此试验分别选取收集口的这２种典型工况进行测量．喷口风速从１０ｍ·ｓ－１开始，以１ｍ·ｓ－１为一个单位，每增加一个单位作为一个测试工况，最大喷口风速为４５ｍ·ｓ－１，进行了详细的实验研究．２ 结果分析与讨论本文采用脉动速度的自功率谱密度（ＰＳＤ）进行８９ 第１期贾 青，等：汽车风洞试验段非定常流场的试验 频谱分析．自功率谱密度是自相关函数的傅里叶变换，表征了信号在不同频率的功率分布情况及信号的重复特性、随机结构和相对功率，反映信号与其本身的频率移位信号之间的相似程度．信号的自相关性越强，信号的功率谱越集中，所以自功率谱密度可以将强的信号有效分辨出来．其具体公式如下：ｐｘｘ（ｆ）＝∑∞ｍ＝－∞ｒｘｘ（ｍ）ｅ－ｊ ２πｆｍ（１）式中：ｒｘｘ（ｍ）为自相关函数，ｍ为时间序列；ｆ为频率．２．１ 收集口角度为０°的实验结果分析收集口角度为０°工况下喷口和收集口附近速度脉动较为明显，脉动速度在频率段１９～２１Ｈｚ，４１～４５Ｈｚ出现峰值，且当喷口风速位于２４～２６ｍ·ｓ－１区间时，２０Ｈｚ附近出现速度脉动的最大值．在频率段４１～４５Ｈｚ间也出现峰值，量值大小没有２０Ｈｚ附近高，而出现该峰值的速度均大于３７ｍ·ｓ－１．当喷口风速大于２６ｍ·ｓ－１时，峰值的频率范围仍然在１９～２１Ｈｚ，４１～４５Ｈｚ，但最大峰值集中在４３Ｈｚ附近，且处在该峰值附近的速度工况为喷口风速大于３９ｍ·ｓ－１的工况．在收集口处脉动速度的幅值明显高于喷口处该速度工况下的幅值，即随着气流的流动脉动速度的能量逐渐加大，且在高速工况下的增幅大于在低速工况下的增幅．收集口角度为０°工况下喷口和收集口附近相同测点的全风速ｙ，ｚ方向的脉动速度自功率谱对比如图４、图５所示，其中测点ｘｙｚ－７０－０－１３３表示测点距离喷口７０ｍｍ、处于中心对称面上、距离地面１３３ｍｍ；图例１０～４５表示速度，ｍ·ｓ－１． 从图４可以看到在喷口附近ｙ方向脉动速度的自功率谱最大幅值仅有５．４×１ ０－３ ｍ２·ｓ－２·Ｈｚ－１，由于来流具有一定的不均匀性，所以在此处尚存在不同频段的脉动扰动，因此导致频率成分复杂，没有规律性．在收集口附近则出现了和ｘ方向同一点处相同的自功率谱特点，振动幅值仅在４１～４５Ｈｚ这个频率段出现，最大值为０．３４，和ｘ方向的值在同一量级，可以和ｘ方向振动能量相互作用． 从图５可以看到，在喷口附近ｚ方向的脉动速度没有出现振动峰值，而在收集口附近出现了和ｘ，ｙ方向同一点处相同的自功率谱特性，但量值小于９９ 同济大学学报（自然科学版）第４０卷 其他２个方向，最大峰值仅为ｘ方向的１０％左右，可见此方向速度脉动影响较小． 而由于脉动速度多由射流剪切层结构引起，因此在射流剪切层内选取一点速度脉动量较大的点进行脉动速度３个分量的自功率谱特性分析．而根据以往的研究得到，在收集口侧板边附近位于剪切层内的点ｘ＝９００ｍｍ，ｙ＝２１０ｍｍ，ｚ＝１３３ｍｍ处具有较明显的速度脉动量，如图６所示． 从图６看到３个方向的脉动速度分量的自功率谱都处于同一量值范围内，低速时的最大峰值均出现在喷口风速为２５ｍ·ｓ－１的速度工况，而高速时最大峰值均出现在喷口风速为４１ｍ·ｓ－１的速度工况．因此下面给出试验段内在这２种喷口风速工况下不同位置处脉动速度ｘ分量的自功率谱特性（图７）． 由图７可见，脉动速度振动幅值最大的３个位置为ｘｙｚ－５００－０－３２３，ｘｙｚ－９００－０－２６３，ｘｙｚ－９００－０－３７８，均位于剪切层内，当速度为２５ｍ·ｓ－１时，最大幅值位于２０Ｈｚ附近，而当速度为４１ｍ·ｓ－１时，最大幅值位于４３Ｈｚ附近．脉动速度振动幅值都是随着气流的流动而增加的，且在高速工况下增加的幅度较低速工况下大．２．２ 收集口角度为０°和１５°的结果对比在射流剪切层内喷口和收集口处选取２个测点，ｘｙｚ－７０－０－１３３和ｘｙｚ－９００－０－２６３，对它们ｘ方向的脉动速度分量进行收集口角度为０°和１５°工况下自功率谱特性对比分析，如图８所示．无论在喷口处还是在收集口处，脉动速度振动幅值在收集口角度为１５°的工况下的量值远小于收集口角度为０°的工况．下面具体给出收集口角度为１５°时，剪切层内测点脉动速度３个方向分量的全风速段自功率谱特性对比图，如图９． 比较图９发现在收集口角度为１５°的工况下，ｘ方向最大幅值减小了８２．９％，ｙ方向的最大幅值减小了９１．８％，ｚ方向的最大幅值减小了９１．７％．３ 结论以热线风速仪为测量工具对风洞试验段内流场的瞬时速度进行了不同工况的测量，对实验所得数据进行了频谱分析，得到结论如下：００１ 第１期贾 青，等：汽车风洞试验段非定常流场的试验 （１）脉动速度能量是三维的，３个方向脉动速度的分量具有相同的频率特征，共同构成了风洞试验段内整体脉动速度场的能量分布．但射流区域和剪切层区域脉动速度表现出明显不同的特性．在射流区域，沿ｘ和ｙ方向的脉动速度量级相当，但ｚ方向小一个量级；而剪切层内脉动速度在３个方向量级相当．这一结果对识别射流区的非定常流动特性具有重要的参考价值．（２）在剪切层内脉动速度振动能量较大，在低速段脉动速度能量随气流的流动而增加，振动能量集中在２０Ｈｚ附近，且在喷口风速为２５ｍ·ｓ－１时得到最大值；在高速时增加的幅度明显高于低速工况．在高速段能量集中在４０～４５Ｈｚ附近，且在喷口风速为４１ｍ·ｓ－１时得到最大幅值．（３）脉动速度在３个分量上的振动幅值的量值在收集口角度为１５°的工况下均明显小于收集口角度为０°工况．参考文献：［１］ 贾青，杨志刚．不同收集口角度下模型风洞试验段内流场的数值模拟与实验研究［Ｊ］．实验流体力学，２００７，１２（１）：９３．ＪＩＡ Ｑｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒｍｏｄｅｌ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ａｎｇｌｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００７，１２（１）：９３．［２］ 贾青，杨志刚．压力平衡口对开口式汽车模型风洞驻室流场影响的数值仿真［Ｊ］．计算机辅助工程，２００７，１６（３）：９２．ＪＩＡ Ｑｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆｂｒｅａｔｈｅｒ ｏｎ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｏｐｅｎ－ｊｅｔ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，１６（３）：９２．［３］ 李启良，郑志强，贾青，等．两种改善汽车风洞轴向静压系数的方法［Ｊ］．同济大学学报：自然科学版，２０１０，３（３８）：４２２．ＬＩ Ｑｉｌｉａｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｚｈｉｑｉａｎｇ，ＪＩＡ Ｑｉｎｇ．Ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３（３８）：４２２．［４］ ＹＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ，ＪＩＡ Ｑｉｎｇ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｓｅｃｔｉｏｎ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ＣＦＤ［Ｒ］．［Ｓ．ｌ．］：ＡＩＡＡ，２００８．［５］ 郑志强，彭为，靳晓雄．汽车风洞声学控制研究［Ｊ］．噪声与振动控制，２００６，２６（３）：６４．ＺＨＥＮＧ Ｚｈｉｑｉａｎｇ，ＰＥＮＧ Ｗｅｉ，ＪＩＮ Ｘｉａｏｘｉｏｎｇ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｎｏｉｓｅ ａｎｄＶｅｂｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００６，２６（３）：６４．［６］ 郑志强，王毅刚，杨志刚．一种抑制低频颤振的控制方法在模型风洞中的试验研究［Ｊ］．汽车工程，２００７，２９（５）：３６９．ＺＨＥＮＧ Ｚｈｉｑｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｉｇａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｚｈｉｇａｎｇ．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｕｌｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２００７，２９（５）：３６９．１０１。