基于環(huán)境風(fēng)洞的環(huán)境倉試驗(yàn)結(jié)果偏差研究

伊虎城 黃寅 梅錚 趙豐 牟連嵩

摘 要：隨著國內(nèi)汽車水平的不斷提高，作為熱管理類試驗(yàn)主要驗(yàn)證手段的汽車環(huán)境風(fēng)洞也逐步進(jìn)入主機(jī)廠的視野范圍，但目前企業(yè)鑒于成本原因熱管理類試驗(yàn)均在環(huán)境倉內(nèi)開展。與環(huán)境風(fēng)洞對比環(huán)境倉的邊界層位移厚度、湍流度、均勻度等氣流品質(zhì)較差，試驗(yàn)結(jié)果的可信度不確定。文章通過設(shè)計(jì)整車工況，將汽車環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境倉的測試結(jié)果進(jìn)行比對分析，結(jié)果表明：氣流品質(zhì)對試驗(yàn)結(jié)果有較為明顯的影響，（1）冷卻液溫度測試結(jié)果有一定的參考意義;（2）熱害試驗(yàn)結(jié)果偏差較大，無參考意義;（3）環(huán)境倉受不規(guī)則亂流影響，車身周圍環(huán)境溫度結(jié)果要低于環(huán)境風(fēng)洞，整車尾部偏差程度尤為突出。

關(guān)鍵詞：熱管理;環(huán)境倉;環(huán)境風(fēng)洞;冷卻;熱害;偏差

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-148-04

Abstract： With the continuous improvement of domestic automobile level， the automotive Climatic wind tunnel， which is the main verification method for the thermal management tests， has gradually come into the field of vision of the main engine factory， At present the thermal management tests are all carried out in the environmental warehouse for cost reasons in enterprises. Compared with the Climatic wind tunnel， the boundary layer displacement thickness， turbulence degree and uniformity of the Chamber are poor， and the reliability of the test results is uncertain. In this paper， the test results of Climatic wind tunnel and Environmental Chamber are compared and analyzed by designing the whole vehicle working condition. The results show that the quality of airflow has obvious influence on the test results. The test result of coolant temperature has certain reference significance. 2.The results of heat damage test have large deviation and no reference significance.3.The temperature around the body is lower than that in the wind tunnel， especially the deviation of the rear part of the vehicle.

Keywords： Heat management; Environmental chamber; Climatic wind tunnel; cooling; Heat damage; Deviation

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）21-148-04

前言

汽車環(huán)境模擬類試驗(yàn)裝置包括環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境倉輛類。環(huán)境風(fēng)洞和環(huán)境倉之間有很多相似之處，但又存在一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別，即環(huán)境風(fēng)洞對流過車身的空氣流組織和速度分布模擬精度要求較高，而環(huán)境倉則對車身周圍氣流組織狀態(tài)無精度要求。而車輛在行駛過程中車身周圍的氣流組織必定會(huì)對車輛及部件的性能產(chǎn)生影響，從這個(gè)角度講，環(huán)境風(fēng)洞的試驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際情況。但企業(yè)考慮到成本問題，目前國內(nèi)主機(jī)廠的熱管理類試驗(yàn)大部分在環(huán)境倉內(nèi)開展，本文通過設(shè)計(jì)工況，著重從冷卻和熱害兩個(gè)維度對環(huán)境倉的試驗(yàn)結(jié)果偏差進(jìn)行分析。

1 概述

汽車環(huán)境風(fēng)洞：在室內(nèi)條件下，模擬汽車行駛時(shí)的自然環(huán)境，包括溫度、濕度、日照模擬、氣流、降雨和降雪等，主要有轉(zhuǎn)轂系統(tǒng)、陽光模擬系統(tǒng)、主風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)等構(gòu)成。

環(huán)境倉：可以模擬汽車在實(shí)際行駛中遇到的陽光、、冷熱負(fù)荷、行駛速度等，主要有轉(zhuǎn)轂系統(tǒng)、陽光模擬系統(tǒng)、冷去風(fēng)機(jī)、制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)等構(gòu)成。

1.1 參數(shù)對比

通過上表中參數(shù)對比，可以得到環(huán)境風(fēng)洞與環(huán)境倉對比，不僅溫濕度控制精度要高，而且邊界層位移厚度、軸向靜壓梯度等影響車身周圍空氣流組織的氣流品質(zhì)要求較高，而環(huán)境倉無相關(guān)要求。本文設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)，在相同環(huán)境條件下，分別在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展低速爬坡、高速爬坡和高速工況，按照要求記錄車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和擋位等信息，保證迎面風(fēng)速、車輛發(fā)動(dòng)機(jī)輸出熱量等參數(shù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室能夠一致。

2 工況設(shè)計(jì)

2.1 車型選擇

試驗(yàn)車輛為2014款大眾朗逸，具體參數(shù)如下：

2.2 布點(diǎn)清單

試驗(yàn)主要針對冷卻液、熱害和環(huán)境條件三部分安裝溫度傳感器，具體明細(xì)如下：

2.3 試驗(yàn)工況

試驗(yàn)工況為在同一溫度條件、無濕度要求、無光照要求條件下開展，具體內(nèi)容如下：

3 試驗(yàn)過程

3.1 車輛狀態(tài)

車輛狀態(tài)主要為試驗(yàn)開展過程中試驗(yàn)車輛的擋位、轉(zhuǎn)速、擋位等信息。

通過上表可得，車輛狀態(tài)在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室對比，相同工況下的擋位相同，車速、轉(zhuǎn)速幾乎一致，即迎面冷卻風(fēng)速和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出熱量可以判定基本一致。

3.2 試驗(yàn)照片

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 冷卻結(jié)果分析

冷卻結(jié)果分析主要通過將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果中散熱器進(jìn)、出水和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、出水的平衡溫度做比對分析得出。

結(jié)果表明：環(huán)境倉與環(huán)境風(fēng)洞測試結(jié)果對比，環(huán)境倉測試結(jié)果偏差為（0.9～4.2）℃不等，偏差率0.97%～5.14%不等;且高速工況結(jié)果偏差最小，高速爬坡工況結(jié)果偏差最大，對于冷卻方向考核，環(huán)境倉試驗(yàn)結(jié)果有一定的借鑒意義，但不能作為最終的驗(yàn)收數(shù)據(jù)。

4.2 熱害結(jié)果分析

熱害結(jié)果分析主要將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果中預(yù)催表面、主催表面、前消表面、后消表面溫度做比對分析得出。

結(jié)果表明：環(huán)境倉與環(huán)境風(fēng)洞測試結(jié)果對比，環(huán)境倉測試結(jié)果偏差為（5.6～34.2）℃不等，偏差率3.59%～17.34%不等;且三個(gè)工況試驗(yàn)結(jié)果橫向?qū)Ρ葻o規(guī)律性，說明對于熱害方向考核，環(huán)境倉試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)與真實(shí)結(jié)果偏差較大，無法作為最終的驗(yàn)收數(shù)據(jù)。

4.3 車身周圍結(jié)果分析

車身周圍結(jié)果分析主要將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果中前格柵進(jìn)氣、前機(jī)艙蓋環(huán)境、前風(fēng)窗玻璃環(huán)境等車身周圍的溫度做比對分析得出。

數(shù)據(jù)表明：環(huán)境倉與環(huán)境風(fēng)洞測試結(jié)果對比分析，環(huán)境倉測試結(jié)果偏差為（-4.2～-0.3）℃不等，偏差率-10.62%～0.92%不等;且三個(gè)工況試驗(yàn)結(jié)果橫向?qū)Ρ葻o規(guī)律性;總體環(huán)境倉溫度要比環(huán)境風(fēng)洞對應(yīng)溫度要低，整車尾部溫度較為明顯，分析原因室由于環(huán)境倉亂流較多，且尾部無導(dǎo)流，尾部氣流為較為復(fù)雜，后部或其他方向的混風(fēng)的可能性比較大。

5 結(jié)論

環(huán)境倉對于環(huán)境風(fēng)洞對比，氣流品質(zhì)帶來的影響還是明顯，具體如下：

（1）冷卻方向：環(huán)境倉試驗(yàn)結(jié)果有一定的借鑒意義，但不能作為最終的驗(yàn)收數(shù)據(jù)。

（2）熱害方向：環(huán)境倉試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)與真實(shí)結(jié)果偏差較大，無法作為最終的驗(yàn)收數(shù)據(jù)。

（3）車身周圍：總體環(huán)境倉溫度要比環(huán)境風(fēng)洞對應(yīng)溫度要低，整車尾部溫度較為明顯，分析原因是由于環(huán)境倉亂流較多，且尾部無導(dǎo)流，尾部氣流為較為復(fù)雜，后部或其他方向的混風(fēng)的可能性比較大。

綜上：鑒于以上結(jié)果建議主機(jī)廠冷卻可以在環(huán)境倉內(nèi)開展，熱害類試驗(yàn)在環(huán)境風(fēng)洞或道路上開展，避免因測試偏差帶來的過設(shè)計(jì)影響。為保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，驗(yàn)收類試驗(yàn)盡量在環(huán)境風(fēng)洞內(nèi)開展。

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