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中汽中心工程院技术快报|汽车环境风洞与环境舱流场品质对比研究
汽车环境风洞和环境舱的流场品质决定其能否真实地模拟汽车在实际道路上行驶的热气动状态，进而影响汽车各项热性能测试结果的准确性。依托中汽中心环境风洞和环境舱实验室，采用试验与数值模拟相结合的方法，研究对比了汽车环境风洞和环境舱在无车状态下的流场特性，重点对比了两种实验室风速和温度分布的均匀性、边界层厚度及轴向静压梯度等。研究结论对汽车环境风洞与环境舱试验结果的分析评估、流场的设计改进以及数字风洞的开发与应用等具有重要参考价值。
流场测试
汽车环境实验室流场测试项目包括试验段的风压、风速、风速均匀性、边界层厚度、轴向静压梯度和温度均匀性等。测试采用的传感器包括皮托管、边界层耙、多孔探针、温度传感器以及各种静态或移动式测试装置。
(a)环境风洞
(b)环境舱
图1 距环境风洞喷口和环境舱风机出口1m处风速分布（目标风速120km/h）
图2 距风洞喷口和环境舱风机出口1m处边界层厚度对比（目标风速80km/h）
(a)环境风洞
(b)环境舱
图3 距环境风洞喷口和环境舱风机出口1m处温度分布（目标温度25℃和20℃）
(a)环境风洞
(b)环境舱
图4 环境风洞和环境舱轴向静压梯度对比
流场仿真
建立了环境风洞和环境舱的数字孪生模型，针对典型工况（目标风速120 km/h）、无车状态下的环境风洞和环境舱流场进行了数值仿真，流场（风速和总压）试验值和仿真值误差小于1.5%。
(a)环境风洞
(b)环境舱
图5 环境风洞和环境舱风速云图（目标风速120km/h）
(a)环境风洞
(b)环境舱
图6 环境风洞和环境舱气流迹线图（目标风速120km/h）
重要结论
1）环境风洞的流场品质明显优于环境舱，环境舱的流场紊乱，主要体现在环境风洞的风速分布更加均匀、边界层的厚度更薄、轴向静压梯度更小等方面。因此，环境风洞相对于环境舱，其试验段的流场品质更接近实际道路环境条件。
2）开发的高精度环境风洞与环境舱数字孪生模型，为多角度、全方位、直观地分析研究实验室内的流场分布以及揭示流场与热力场的耦合机制等提供了科学有效的方法和手段。
【结语】中汽中心风洞实验室于2020年正式投入使用，包含气动声学风洞、环境风洞、环境舱、空调假人、模型制作及评审等相关设施，重点开展风洞先进测试技术、数字风洞技术、节能产品技术研究及应用，在空气动力学、热管理、能量管理领域打造一站式服务供给能力。搭建行业交流平台，开展共性技术研究、标准制定、人才培养等工作，争创国家程技术中心，持续推动行业技术进步。
作 者：许 翔
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