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基于环境风洞的环境仓试验结果偏差研究
2021-04-17 22:37:15· 来源：中汽中心空气动力学实验室
环境模拟类试验装置包括环境风洞和环境仓两类。环境风洞和环境仓之间有很多相似之处，但又存在一个关键区别，即环境风洞对流过车身的空气流组织和速度分布模拟精
环境模拟类试验装置包括环境风洞和环境仓两类。环境风洞和环境仓之间有很多相似之处，但又存在一个关键区别，即环境风洞对流过车身的空气流组织和速度分布模拟精度要求较高，而环境仓则对车身周围气流组织状态无精度要求。而车辆在行驶过程中车身周围的气流组织必定会对车辆及部件的性能产生影响，从这个角度讲，环境风洞的试验结果更符合实际情况。本文通过设计工况，着重从冷却和热害两个维度对环境仓的试验结果偏差进行分析。
1 参数对比
表1 环境风洞与环境仓参数对比
通过上表中参数对比，可以得到环境风洞与环境仓对比，不仅温湿度控制精度要高，而且边界层位移厚度、轴向静压梯度等影响车身周围空气流组织的气流品质要求较高，而环境仓无相关要求。本文设计以下试验，在相同环境条件下，分别在两个实验室内开展低速爬坡、高速爬坡和高速工况，按照要求记录车速、发动机转速和挡位等信息，保证迎面风速、车辆发动机输出热量等参数两个实验室能够一致。
2 工况设计
2.1 车型选择
试验车辆为2014款1.4L大众朗逸。
2.2 布点
试验主要针对冷却液、热害和环境条件三部分安装温度传感器。
2.3 试验工况
试验工况为在同一温度条件、无湿度要求、无光照要求条件下开展，具体内容如下：
表2 环境风洞、环境仓试验工况
3 试验过程
3.1 车辆状态
车辆状态在两个实验室对比，相同工况下的挡位相同，车速、转速几乎一致，即迎面冷却风速和发动机输出热量可以判定基本一致。
3.2 试验照片
图1. 环境风洞开展试验照片
图2. 环境仓开展试验照片
4 试验结果分析
4.1 冷却结果分析
冷却结果分析主要通过将两个实验室的试验结果中散热器进、出水和发动机进、出水的平衡温度做比对分析得出。
图3. 低速爬坡工况下冷却结果
图4.高速爬坡工况下冷却结果
图5.高速爬坡工况下冷却结果
结果表明：环境仓与环境风洞测试结果对比，环境仓测试结果偏差为（0.9~4.2）℃不等，偏差率0.97%~5.14%不等；且高速工况结果偏差最小，高速爬坡工况结果偏差最大，对于冷却方向考核，环境仓试验结果有一定的借鉴意义，但不能作为最终的验收数据。
4.2 热害结果分析
热害结果分析主要将两个实验室的试验结果中预催表面、主催表面、前消表面、后消表面温度做比对分析得出。
图6. 低速爬坡工况下热害结果
图7. 高速爬坡工况下热害结果
图8. 高速工况下热害结果
结果表明：环境仓与环境风洞测试结果对比，环境仓测试结果偏差为（5.6~34.2）℃不等，偏差率3.59%~17.34%不等；且三个工况试验结果横向对比无规律性，说明对于热害方向考核，环境仓试验结果已经与真实结果偏差较大，无法作为最终的验收数据。
5 结论
环境仓对于环境风洞对比，气流品质带来的影响还是明显，具体如下：
1）冷却方向：环境仓试验结果有一定的借鉴意义，但不能作为最终的验收数据。
2）热害方向：环境仓试验结果已经与真实结果偏差较大，无法作为最终的验收数据。
综上：鉴于以上结果建议主机厂冷却可以在环境仓内开展，热害类试验在环境风洞或道路上开展，避免因测试偏差带来的过设计影响。为保证试验结果的真实性，验收类试验尽量在环境风洞内开展。
1 参数对比
表1 环境风洞与环境仓参数对比
通过上表中参数对比，可以得到环境风洞与环境仓对比，不仅温湿度控制精度要高，而且边界层位移厚度、轴向静压梯度等影响车身周围空气流组织的气流品质要求较高，而环境仓无相关要求。本文设计以下试验，在相同环境条件下，分别在两个实验室内开展低速爬坡、高速爬坡和高速工况，按照要求记录车速、发动机转速和挡位等信息，保证迎面风速、车辆发动机输出热量等参数两个实验室能够一致。
2 工况设计
2.1 车型选择
试验车辆为2014款1.4L大众朗逸。
2.2 布点
试验主要针对冷却液、热害和环境条件三部分安装温度传感器。
2.3 试验工况
试验工况为在同一温度条件、无湿度要求、无光照要求条件下开展，具体内容如下：
表2 环境风洞、环境仓试验工况
3 试验过程
3.1 车辆状态
车辆状态在两个实验室对比，相同工况下的挡位相同，车速、转速几乎一致，即迎面冷却风速和发动机输出热量可以判定基本一致。
3.2 试验照片
图1. 环境风洞开展试验照片
图2. 环境仓开展试验照片
4 试验结果分析
4.1 冷却结果分析
冷却结果分析主要通过将两个实验室的试验结果中散热器进、出水和发动机进、出水的平衡温度做比对分析得出。
图3. 低速爬坡工况下冷却结果
图4.高速爬坡工况下冷却结果
图5.高速爬坡工况下冷却结果
结果表明：环境仓与环境风洞测试结果对比，环境仓测试结果偏差为（0.9~4.2）℃不等，偏差率0.97%~5.14%不等；且高速工况结果偏差最小，高速爬坡工况结果偏差最大，对于冷却方向考核，环境仓试验结果有一定的借鉴意义，但不能作为最终的验收数据。
4.2 热害结果分析
热害结果分析主要将两个实验室的试验结果中预催表面、主催表面、前消表面、后消表面温度做比对分析得出。
图6. 低速爬坡工况下热害结果
图7. 高速爬坡工况下热害结果
图8. 高速工况下热害结果
结果表明：环境仓与环境风洞测试结果对比，环境仓测试结果偏差为（5.6~34.2）℃不等，偏差率3.59%~17.34%不等；且三个工况试验结果横向对比无规律性，说明对于热害方向考核，环境仓试验结果已经与真实结果偏差较大，无法作为最终的验收数据。
5 结论
环境仓对于环境风洞对比，气流品质带来的影响还是明显，具体如下：
1）冷却方向：环境仓试验结果有一定的借鉴意义，但不能作为最终的验收数据。
2）热害方向：环境仓试验结果已经与真实结果偏差较大，无法作为最终的验收数据。
综上：鉴于以上结果建议主机厂冷却可以在环境仓内开展，热害类试验在环境风洞或道路上开展，避免因测试偏差带来的过设计影响。为保证试验结果的真实性，验收类试验尽量在环境风洞内开展。
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