汽车整车环境模拟(气候)风洞
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由于环境模拟风洞制冷空调系统的负荷非常 大 国外某专业风洞设计单位已经在系统热回收上 有了一定的构思 鉴于环境模拟风洞是一个试验设 备 其运行是间隙的 未来的风洞是否会采用热回
收方案取决于投资和运行费用的综合考虑 理论上的分析无疑是有意义的
时的道路阻力状态 上下坡 加减速情况
（５）发动机废气排放子系统 用来及时抽吸汽
车发动机排出的废气 保证发动机工作背压
（６）新风子系统 用来为汽车发动机补充新鲜
空气 保证发动机处于良好的燃烧工作状态 （７）计算机控制系统 用来控制各种设备 动
作器及试验程序 包括必要的控制硬件和软件设
备 （８）安全监控及报警处理子系统 用来对室内
０ 前言
汽车环境模拟试验装置可以模拟汽车在实际 行驶中遇到的雨 雪 阳光 振动 冷热负荷 高 低气压和行驶速度等 在环境模拟试验装置中进行 整车试验具有不受地区 季节及时间限制 可复现 自然条件 模拟极值条件 可在相同环境条件下多 次重复试验 有利于评估和详细分析试验数据等优 点［１］
汽车环境模拟试验装置包括环境模拟风洞和 环境模拟试验室两类 环境模拟风洞和环境模拟试 验室之间有很多相似之处 但又存在一个关键区 别 即对车身周围气流组织及边界层速度分布的模 拟精度要求不同 环境模拟风洞不仅对温湿度 太 阳辐射模拟精度有很高的要求 而且对流过车身的 空气流组织和速度分布模拟精度要求也很高 而环 境模拟室则对车身周围气流组织状态无精度要求 而实际上 车辆在实际行驶过程中车身周围的气流 组织必定会对车辆及其零部件的性能产生影响，从 这个角度讲 环境模拟风洞试验的结果将更符合实 际情况 本文仅涉及环境模拟风洞相关技术
汽车环境模拟风洞通常可以分为高温 低温和 高低温三种 根据试验车型及试验所需流场及温 湿度场品质要求 可以确定环境模拟风洞的规模 然后相应地确定风洞的主要性能指标
１ 汽车环境模拟试验类型
环境模拟风洞可为汽车及其零部件进行舒适 性 安全性和可靠性提供多种多样的气候试验研究 平台 在汽车环境模拟风洞中可进行下列试验
但展开
５ 结束语
环境模拟风洞是一个复杂的试验设备 其建设 投资很大 但随着汽车产业的发展 它必将成为国 内汽车及零部件生产企业进行汽车研究 开发和质 量保证不可缺少的重要设备
参考文献
１ 张行周，王浚．汽车空调整车环境模拟试验室，试验测 试，２００２（１０），２１－２２
２ 赵雁纪，空气制冷与蒸气压缩制冷在环境模拟环境模拟 试验中应用的经济性分析，低温工程 ２０００（３），４３－４６
由于汽车环境模拟风洞的负荷大 工况调节范
围宽 有降 升 温速率的要求 同时具有间隙运 行的特点 当模拟的低温极值所需制冷系统蒸发温 度达 ７０ 时 从设备投资 运行维护费用和系统 调节性能等角度综合考虑 空气制冷有一定的优 势 同时空气制冷还不存在 ＣＦＣ 的问题 事实上 国内已经在多项大中型综合环境模拟试验设备 非 车辆用 中采用了该制冷方式［２］ 当汽车环境模拟 风洞模拟极限温度很低时 如模拟温度达 ５０ 其它制冷方式的经济性探讨有着一定的实际意义
有害气体及关键设备进行监控和报警 包括有害气 体及关键设备的自动报警装置等
（９）数据采集及处理子系统 用来采集各种汽 车性能试验所要求的参数 试验结果处理及生成试 验报告
（１０）其他环境模拟装置 如下雨 降雪 风沙 盐雾 振动等
环境模拟风洞可以是立式 也可以是卧式 采 用立式主要是为了节省空间 而风管的形状一般为 矩形 各管段及其中部件主要则根据阻力损失及流 场 温湿度场的要求来设计 在保证试验段速度场 温度场和湿度场品质的前提下 尽可能地减小总的 阻力损失 以节省风机系统及制冷空调系统的能 耗 图 １ 为汽车环境模拟风洞的示意图
汽车整车环境模拟 气候 风洞
AUTOMOTIVE CLIMATIC WIND TUNNEL
赵兰萍 王振亚＊ 庞加斌＊
同济大学制冷与热工程研究所 *同济大学汽车学院 上海 201804 Tel 021 69589511,E-mail:lanpingzhao@
摘 要 汽车整车环境模拟风洞可以在实验室中复现自然条件 模拟环境温湿度 日照强 度 车速 废气排放与新鲜空气供给等功能 对汽车开发具有重要意义 本文介绍了汽车环 境模拟风洞的构成 列举了国际上部分环境模拟风洞的主要模拟参数 并就环境模拟风洞制 冷空调系统的特点进行了分析和讨论 关键词 汽车 环境模拟风洞 制冷空调系统Βιβλιοθήκη 图 1 车辆环境模拟风洞示意图
1 热交换器 2 制冷机组 3 除湿机组
4 转毂 5 试验车辆 6 导流片 7 风机
8 太阳模拟器
３ 世界各国环境模拟风洞性能参数
为了能模拟汽车行驶时的实际情况 环境模拟 风洞必须能在一个很宽的温 湿度范围内满足各种 汽车试验的要求 在环境模拟风洞发展的初期 各 国风洞一般模拟其本国的气候条件 随着汽车市场 的全球化 工况范围逐步扩展 目前各国风洞的温 度范围一般为 ４０ ５５ 湿度范围为 １０ ９０
本文链接：/Conference_6198353.aspx
４ 汽车环境模拟风洞制冷空调系统 的特点
汽车环境模拟风洞的空气温 湿度保证子系 统 新风子系统和发动机废气排放子系统等构成了 一套复杂的制冷空调系统 该系统的工作特点与常 规制冷空调系统相差很大 第一，它为间歇运行，而 且运行的时间较短，一次试验持续的时间通常只有 ３ ５ 小时 而停机时间较长 第二，其室内空气的 温度参数通常不是恒定的，而是要求按一定曲线变 化 试验过程由降温 恒温和升温 ３ 个阶段组成， 交替进行 因此整个试验中（包括恒温阶段） 其传 热过程均为非稳态传热，围护结构的温度场和放热 （吸热） 量在不断变化 第三，试验过程中随着室温 的变化，制冷系统的工况和制冷量等性能参数也在 不断地变化 第四 为满足试验要求 环境模拟风 洞有升温速率和降温速率的要求 需要在设计时间 内达到试验段温 湿度参数的稳定 第五 由于风 速模拟系统中的大功率风机和试验车辆的发动机 的运行 系统负荷大大高于常规制冷空调系统 第 六 试验类型和车辆种类的多样性决定了系统负荷 变化范围很大
l 发动机冷却试验 l 空调系统开发 l 热燃料处理试验 l 汽车城市循环工况分析 l 冷 热排放试验 l 加热系统开发 l 冷启动和热启动试验 l 去雾／除霜试验 l ＨＶＡＣ 系统标定
２ 汽车环境模拟风洞的组成
汽车环境模拟风洞是一个复杂的试验设备 不 仅要模拟气候条件和道路行驶情况 同时还需要模 拟发动机的实际运行情况并具有相应的控制系统 安全监控系统 试验数据采集及处理系统 通常包 括下列子系统及装置
最大太阳辐射强度约 １２００Ｗ／ｍ２ 基本上覆盖了 全球的气候条件
世界各大汽车及零部件生产厂一般均有自己 的环境模拟风洞 有的还拥有多个风洞 日本的 ＤＥＮＳＯ 公司就拥有 ６ 个环境模拟风洞 其中 ５ 个为 高低温风洞 １ 个为高温风洞 国内汽车环境模拟
室不少并且其数量有上升的趋势 由于风洞的投资 较环模室更大 国内目前数量还很少 表 １ 列出了 世界各大汽车及零部件生产厂部分环境模拟风洞 的主要气候及车速模拟参数
汽车整车环境模拟(气候)风洞
作者： 作者单位：
赵兰萍， 王振亚， 庞加斌 赵兰萍(同济大学制冷与热工程研究所)， 王振亚,庞加斌(同济大学汽车学院,上海,201804)
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（１）空气温 湿度保证子系统 用来预置和控 制模拟环境温度和湿度 其中包括冷却盘管 加热 器 加湿器以及冷冻装置 除湿装置 蒸汽锅炉等
（２）太阳辐射模拟子系统 用来模拟和控制太 阳辐射强度和辐射角度
（３）车风速模拟子系统 用来模拟汽车迎面风
速及汽车怠速状态
（４）道路阻力模拟子系统 用来模拟汽车行驶
汽车环境模拟风洞一般采用蒸汽压缩式制冷 尽管直接制冷比间接制冷节能 但为了风洞良好的 温 湿度调节性能和对风洞总阻力损失的要求 目 前大多数环境模拟风洞采用间接制冷方式 制冷系 统一般采用双级螺杆压缩机组 在制冷剂使用方 面 早期的风洞较多采用 Ｒ２２ 为制冷剂 为了适应 臭氧层保护及温室效应的控制要求 目前采用自然 工质氨为制冷剂的环境模拟风洞越来越多
上述特点表明 汽车环境模拟风洞的制冷空调 系统不仅负荷大 而且设备容量必须综合考虑汽车 行驶速度 围护结构和车辆各部分温度场的变化 制冷系统状态和性能变化以及室内气流组织和温 度场的变化情况下相互作用产生的降温（升温） 曲 线的模拟方法来确定 而不能由一个冷（热）负荷计 算值来确定 其中风速模拟系统及发动机的运行情 况 风洞围护结构和车辆蓄热量的变化等内部扰动 成为影响设备容量的最主要因素，而室内外温差引 起的外部扰动则成为次要因素
收方案取决于投资和运行费用的综合考虑 理论上的分析无疑是有意义的
时的道路阻力状态 上下坡 加减速情况
（５）发动机废气排放子系统 用来及时抽吸汽
车发动机排出的废气 保证发动机工作背压
（６）新风子系统 用来为汽车发动机补充新鲜
空气 保证发动机处于良好的燃烧工作状态 （７）计算机控制系统 用来控制各种设备 动
作器及试验程序 包括必要的控制硬件和软件设
备 （８）安全监控及报警处理子系统 用来对室内
０ 前言
汽车环境模拟试验装置可以模拟汽车在实际 行驶中遇到的雨 雪 阳光 振动 冷热负荷 高 低气压和行驶速度等 在环境模拟试验装置中进行 整车试验具有不受地区 季节及时间限制 可复现 自然条件 模拟极值条件 可在相同环境条件下多 次重复试验 有利于评估和详细分析试验数据等优 点［１］
汽车环境模拟试验装置包括环境模拟风洞和 环境模拟试验室两类 环境模拟风洞和环境模拟试 验室之间有很多相似之处 但又存在一个关键区 别 即对车身周围气流组织及边界层速度分布的模 拟精度要求不同 环境模拟风洞不仅对温湿度 太 阳辐射模拟精度有很高的要求 而且对流过车身的 空气流组织和速度分布模拟精度要求也很高 而环 境模拟室则对车身周围气流组织状态无精度要求 而实际上 车辆在实际行驶过程中车身周围的气流 组织必定会对车辆及其零部件的性能产生影响，从 这个角度讲 环境模拟风洞试验的结果将更符合实 际情况 本文仅涉及环境模拟风洞相关技术
汽车环境模拟风洞通常可以分为高温 低温和 高低温三种 根据试验车型及试验所需流场及温 湿度场品质要求 可以确定环境模拟风洞的规模 然后相应地确定风洞的主要性能指标
１ 汽车环境模拟试验类型
环境模拟风洞可为汽车及其零部件进行舒适 性 安全性和可靠性提供多种多样的气候试验研究 平台 在汽车环境模拟风洞中可进行下列试验
但展开
５ 结束语
环境模拟风洞是一个复杂的试验设备 其建设 投资很大 但随着汽车产业的发展 它必将成为国 内汽车及零部件生产企业进行汽车研究 开发和质 量保证不可缺少的重要设备
参考文献
１ 张行周，王浚．汽车空调整车环境模拟试验室，试验测 试，２００２（１０），２１－２２
２ 赵雁纪，空气制冷与蒸气压缩制冷在环境模拟环境模拟 试验中应用的经济性分析，低温工程 ２０００（３），４３－４６
由于汽车环境模拟风洞的负荷大 工况调节范
围宽 有降 升 温速率的要求 同时具有间隙运 行的特点 当模拟的低温极值所需制冷系统蒸发温 度达 ７０ 时 从设备投资 运行维护费用和系统 调节性能等角度综合考虑 空气制冷有一定的优 势 同时空气制冷还不存在 ＣＦＣ 的问题 事实上 国内已经在多项大中型综合环境模拟试验设备 非 车辆用 中采用了该制冷方式［２］ 当汽车环境模拟 风洞模拟极限温度很低时 如模拟温度达 ５０ 其它制冷方式的经济性探讨有着一定的实际意义
有害气体及关键设备进行监控和报警 包括有害气 体及关键设备的自动报警装置等
（９）数据采集及处理子系统 用来采集各种汽 车性能试验所要求的参数 试验结果处理及生成试 验报告
（１０）其他环境模拟装置 如下雨 降雪 风沙 盐雾 振动等
环境模拟风洞可以是立式 也可以是卧式 采 用立式主要是为了节省空间 而风管的形状一般为 矩形 各管段及其中部件主要则根据阻力损失及流 场 温湿度场的要求来设计 在保证试验段速度场 温度场和湿度场品质的前提下 尽可能地减小总的 阻力损失 以节省风机系统及制冷空调系统的能 耗 图 １ 为汽车环境模拟风洞的示意图
汽车整车环境模拟 气候 风洞
AUTOMOTIVE CLIMATIC WIND TUNNEL
赵兰萍 王振亚＊ 庞加斌＊
同济大学制冷与热工程研究所 *同济大学汽车学院 上海 201804 Tel 021 69589511,E-mail:lanpingzhao@
摘 要 汽车整车环境模拟风洞可以在实验室中复现自然条件 模拟环境温湿度 日照强 度 车速 废气排放与新鲜空气供给等功能 对汽车开发具有重要意义 本文介绍了汽车环 境模拟风洞的构成 列举了国际上部分环境模拟风洞的主要模拟参数 并就环境模拟风洞制 冷空调系统的特点进行了分析和讨论 关键词 汽车 环境模拟风洞 制冷空调系统Βιβλιοθήκη 图 1 车辆环境模拟风洞示意图
1 热交换器 2 制冷机组 3 除湿机组
4 转毂 5 试验车辆 6 导流片 7 风机
8 太阳模拟器
３ 世界各国环境模拟风洞性能参数
为了能模拟汽车行驶时的实际情况 环境模拟 风洞必须能在一个很宽的温 湿度范围内满足各种 汽车试验的要求 在环境模拟风洞发展的初期 各 国风洞一般模拟其本国的气候条件 随着汽车市场 的全球化 工况范围逐步扩展 目前各国风洞的温 度范围一般为 ４０ ５５ 湿度范围为 １０ ９０
本文链接：/Conference_6198353.aspx
４ 汽车环境模拟风洞制冷空调系统 的特点
汽车环境模拟风洞的空气温 湿度保证子系 统 新风子系统和发动机废气排放子系统等构成了 一套复杂的制冷空调系统 该系统的工作特点与常 规制冷空调系统相差很大 第一，它为间歇运行，而 且运行的时间较短，一次试验持续的时间通常只有 ３ ５ 小时 而停机时间较长 第二，其室内空气的 温度参数通常不是恒定的，而是要求按一定曲线变 化 试验过程由降温 恒温和升温 ３ 个阶段组成， 交替进行 因此整个试验中（包括恒温阶段） 其传 热过程均为非稳态传热，围护结构的温度场和放热 （吸热） 量在不断变化 第三，试验过程中随着室温 的变化，制冷系统的工况和制冷量等性能参数也在 不断地变化 第四 为满足试验要求 环境模拟风 洞有升温速率和降温速率的要求 需要在设计时间 内达到试验段温 湿度参数的稳定 第五 由于风 速模拟系统中的大功率风机和试验车辆的发动机 的运行 系统负荷大大高于常规制冷空调系统 第 六 试验类型和车辆种类的多样性决定了系统负荷 变化范围很大
l 发动机冷却试验 l 空调系统开发 l 热燃料处理试验 l 汽车城市循环工况分析 l 冷 热排放试验 l 加热系统开发 l 冷启动和热启动试验 l 去雾／除霜试验 l ＨＶＡＣ 系统标定
２ 汽车环境模拟风洞的组成
汽车环境模拟风洞是一个复杂的试验设备 不 仅要模拟气候条件和道路行驶情况 同时还需要模 拟发动机的实际运行情况并具有相应的控制系统 安全监控系统 试验数据采集及处理系统 通常包 括下列子系统及装置
最大太阳辐射强度约 １２００Ｗ／ｍ２ 基本上覆盖了 全球的气候条件
世界各大汽车及零部件生产厂一般均有自己 的环境模拟风洞 有的还拥有多个风洞 日本的 ＤＥＮＳＯ 公司就拥有 ６ 个环境模拟风洞 其中 ５ 个为 高低温风洞 １ 个为高温风洞 国内汽车环境模拟
室不少并且其数量有上升的趋势 由于风洞的投资 较环模室更大 国内目前数量还很少 表 １ 列出了 世界各大汽车及零部件生产厂部分环境模拟风洞 的主要气候及车速模拟参数
汽车整车环境模拟(气候)风洞
作者： 作者单位：
赵兰萍， 王振亚， 庞加斌 赵兰萍(同济大学制冷与热工程研究所)， 王振亚,庞加斌(同济大学汽车学院,上海,201804)
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（１）空气温 湿度保证子系统 用来预置和控 制模拟环境温度和湿度 其中包括冷却盘管 加热 器 加湿器以及冷冻装置 除湿装置 蒸汽锅炉等
（２）太阳辐射模拟子系统 用来模拟和控制太 阳辐射强度和辐射角度
（３）车风速模拟子系统 用来模拟汽车迎面风
速及汽车怠速状态
（４）道路阻力模拟子系统 用来模拟汽车行驶
汽车环境模拟风洞一般采用蒸汽压缩式制冷 尽管直接制冷比间接制冷节能 但为了风洞良好的 温 湿度调节性能和对风洞总阻力损失的要求 目 前大多数环境模拟风洞采用间接制冷方式 制冷系 统一般采用双级螺杆压缩机组 在制冷剂使用方 面 早期的风洞较多采用 Ｒ２２ 为制冷剂 为了适应 臭氧层保护及温室效应的控制要求 目前采用自然 工质氨为制冷剂的环境模拟风洞越来越多
上述特点表明 汽车环境模拟风洞的制冷空调 系统不仅负荷大 而且设备容量必须综合考虑汽车 行驶速度 围护结构和车辆各部分温度场的变化 制冷系统状态和性能变化以及室内气流组织和温 度场的变化情况下相互作用产生的降温（升温） 曲 线的模拟方法来确定 而不能由一个冷（热）负荷计 算值来确定 其中风速模拟系统及发动机的运行情 况 风洞围护结构和车辆蓄热量的变化等内部扰动 成为影响设备容量的最主要因素，而室内外温差引 起的外部扰动则成为次要因素