研究背景：汽車環(huán)境風洞和環(huán)境艙的流場品質(zhì)決定其能否真實地模擬汽車在實際道路上行駛的熱氣動狀態(tài)，進而影響汽車各項熱性能測試結(jié)果的準確性。依托中汽中心環(huán)境風洞和環(huán)境艙實驗室，采用試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究對比了汽車環(huán)境風洞和環(huán)境艙在無車狀態(tài)下的流場特性，重點對比了兩種實驗室風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(jié)論對汽車環(huán)境風洞與環(huán)境艙試驗結(jié)果的分析評估、流場的設(shè)計改進以及數(shù)字風洞的開發(fā)與應(yīng)用等具有重要參考價值。
流場測試：汽車環(huán)境實驗室流場測試項目包括試驗段的風壓、風速、風速均勻性、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)或移動式測試裝置。
圖1 距環(huán)境風洞噴口和環(huán)境艙風機出口1m處風速分布（目標風速120km/h）
圖2 距風洞噴口和環(huán)境艙風機出口1m處邊界層厚度對比（目標風速80km/h）
圖3 距環(huán)境風洞噴口和環(huán)境艙風機出口1m處溫度分布（目標溫度25℃和20℃）
圖4 環(huán)境風洞和環(huán)境艙軸向靜壓梯度對比
流場仿真：建立了環(huán)境風洞和環(huán)境艙的數(shù)字孿生模型，針對典型工況（目標風速120 km/h）、無車狀態(tài)下的環(huán)境風洞和環(huán)境艙流場進行了數(shù)值仿真，流場（風速和總壓）試驗值和仿真值誤差小于1.5%。
圖5 環(huán)境風洞和環(huán)境艙風速云圖（目標風速120km/h）
圖6 環(huán)境風洞和環(huán)境艙氣流跡線圖（目標風速120km/h）
重要結(jié)論：
1）環(huán)境風洞的流場品質(zhì)明顯優(yōu)于環(huán)境艙，環(huán)境艙的流場紊亂，主要體現(xiàn)在環(huán)境風洞的風速分布更加均勻、邊界層的厚度更薄、軸向靜壓梯度更小等方面。因此，環(huán)境風洞相對于環(huán)境艙，其試驗段的流場品質(zhì)更接近實際道路環(huán)境條件。
2）開發(fā)的高精度環(huán)境風洞與環(huán)境艙數(shù)字孿生模型，為多角度、全方位、直觀地分析研究實驗室內(nèi)的流場分布以及揭示流場與熱力場的耦合機制等提供了科學有效的方法和手段。
【結(jié)語】中汽中心風洞實驗室于2020年正式投入使用，包含氣動聲學風洞、環(huán)境風洞、環(huán)境艙、空調(diào)假人、模型制作及評審等相關(guān)設(shè)施，重點開展風洞先進測試技術(shù)、數(shù)字風洞技術(shù)、節(jié)能產(chǎn)品技術(shù)研究及應(yīng)用，在空氣動力學、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，開展共性技術(shù)研究、標準制定、人才培養(yǎng)等工作，爭創(chuàng)國家程技術(shù)中心，持續(xù)推動行業(yè)技術(shù)進步。