地熱輻射對整車高溫試驗影響研究

【摘" 要】文章旨在分析地熱輻射對整車高溫試驗的影響。通過試驗數(shù)據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)隨著輻射溫度的上升，散熱器、預催、波紋管、前消、后消及排氣管等關鍵部件的溫度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢。

【關鍵詞】地熱輻射;整車;高溫試驗;冷卻;熱害

中圖分類號：U467.1" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）12-0081-04

Effects of Geothermal Radiation on Vehicle High Temperature Test*

【Abstract】The purpose of this paper is to analyze the effect of geothermal radiation on vehicle high temperature test. With the increase of radiation temperature，the temperature of radiator，preheating，bellows，front dissipation，rear dissipation and exhaust pipes all show an increasing trend.

【Key words】egeothermal radiation;vehicle;high temperature test;cooling;heat damage

0" 引言

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，整車熱平衡試驗在車輛研發(fā)驗證過程中的地位日益凸顯，受到各大主機廠的廣泛重視。隨著國內(nèi)測試資源的日益豐富和企業(yè)車型研發(fā)周期的縮短，主機廠越來越多地采用環(huán)境風洞、環(huán)境倉等室內(nèi)資源來替代傳統(tǒng)的道路熱平衡測試。然而，室內(nèi)試驗與道路試驗在測試條件上存在的差異性成為當前主機廠面臨的重要問題之一。特別是在高溫道路試驗中[1]，路面反射輻射對整車熱害結果的影響尤為顯著。

吐魯番試驗基地作為夏季道路試驗的重要基地，擁有獨特的大陸性暖溫帶荒漠氣候。這里日照充沛，熱量資源豐富但環(huán)境極端干燥，降雨稀少且大風頻發(fā)，因此被譽為“火洲”和“風庫”。在吐魯番的夏季，極端高溫可達49.6℃，地表溫度往往超過70℃，而車輛表面溫度更是高達80℃。在這樣的極端環(huán)境下，路面反射輻射對車輛的熱害影響不容忽視。

圖1展示了吐魯番2011～2023年最高溫度的變化趨勢。在這段時期內(nèi)，吐魯番的夏季極端高溫屢次刷新紀錄，地表溫度更是遠超空氣溫度，給當?shù)丨h(huán)境和車輛熱平衡測試帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

地表溫度之所以高于空氣溫度，其主要原因在于道路材質對太陽輻射的反射率較低。道路材質的不同會顯著影響其表面反射率，進而在相同的太陽輻射條件下產(chǎn)生不同的表面溫度。這種差異不僅影響了道路本身的熱特性，還對城市熱環(huán)境產(chǎn)生了深遠影響。

如表1所示，不同路面類型對光照強度的反射率存在顯著差異。瀝青路面由于其材質特性，反射率相對較低，因此在夏季其表面溫度往往達到最高。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，吐魯番夏季瀝青路面最高溫度可接近80℃，這樣的極端高溫環(huán)境對車輛的熱平衡性能構成了嚴峻考驗。

在進行整車熱平衡試驗時，必須充分考慮路面反射輻射對車輛熱害結果的影響。通過對比不同路面類型下的車輛熱平衡表現(xiàn)，可以更準確地評估車輛在實際使用環(huán)境中的性能。同時，這也為車輛研發(fā)提供了寶貴的數(shù)據(jù)支持，有助于優(yōu)化車輛設計，提高車輛在高溫環(huán)境下的耐久性和可靠性。

1" 試驗原理及設備

1.1" 環(huán)境風洞試驗室

汽車環(huán)境風洞作為先進的室內(nèi)測試設施，旨在精確模擬汽車行駛時遭遇的各種自然環(huán)境條件，包括溫度變化、濕度調節(jié)、日照模擬、氣流流動、降雨及降雪等復雜氣象現(xiàn)象。該設施集成了多個精密系統(tǒng)，如轉鼓系統(tǒng)、陽光模擬系統(tǒng)、主風機系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及加濕系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)協(xié)同工作，共同營造出高度逼真的測試環(huán)境[2-3]。汽車環(huán)境風洞試驗結構圖如圖2所示。

環(huán)境風洞的核心部分是試驗段，其設計精巧，長13.59m，寬10m，高7.5m，為測試車輛提供了充足的空間。風道內(nèi)裝備的大型主風機，直徑達4.75m，最大轉速可達550r/min，確保了強大的氣流供應。而換熱器則巧妙地布置在穩(wěn)定段，通過其附近的阻尼網(wǎng)，有效實現(xiàn)氣流的均勻分布，保證了測試結果的準確性和可靠性。

風洞主噴口的設計同樣出色，寬3.3m，高2.5m，噴口面積達到8.25m2。這一設計使得噴口在最大風速下能夠達到驚人的250km/h，足以模擬汽車高速行駛時遭遇的各種極端氣流條件。

通過汽車環(huán)境風洞，研究人員可以在受控的室內(nèi)環(huán)境下，對汽車進行全方位的熱平衡及其他性能測試，從而無需在真實、多變且難以預測的自然環(huán)境中進行。這不僅大大提高了測試效率，也降低了測試成本，為汽車研發(fā)提供了強有力的支持。

1.2" 地熱輻射模式設備

作為專門用于模擬道路熱負荷對整車底盤及相關溫度點影響的測試裝置，其核心功能在于通過精確調控地熱輻射板的功率，進而控制其表面溫度，從而實現(xiàn)對實際道路熱負荷狀況的模擬。在中汽中心環(huán)境風洞試驗室中，地熱輻射模擬系統(tǒng)采用了5塊精心設計的地熱輻射板，這些地熱輻射板被巧妙地布置在轉鼓的中間位置，從前至后依次排列，如圖3所示。

這套地熱輻射模擬系統(tǒng)擁有高達77.5kW的最大功率，確保了其在模擬極端熱負荷條件時的強大性能。每塊地熱輻射板的長寬尺寸分別為1m和0.6m，這樣的設計不僅保證了足夠的熱交換面積，同時也便于安裝和維護。更為重要的是，這些地熱輻射板的表面溫度范圍可在20～80℃之間靈活調節(jié)，這一特點使得系統(tǒng)能夠模擬從溫和到極端的多種道路熱負荷條件，為汽車研發(fā)提供了豐富的測試場景。

1.3" 試驗用車

為便于深入研究與分析，本次試驗選用了2015款自動擋鈴木鋒馭純?nèi)加蛙囆停▓D4）作為測試對象。這款車型具備一系列典型的性能參數(shù)，其最大功率可達90kW，展現(xiàn)出了強勁的動力性能。同時，最大扭矩為158N·m，確保了車輛在各種駕駛場景下都能擁有出色的加速和爬坡能力。在整備質量方面，該車型控制在1170kg，既保證了車身結構的穩(wěn)固性，又有助于提升燃油經(jīng)濟性。此外，鈴木鋒馭搭載了排量1.6L的自然吸氣發(fā)動機，這款發(fā)動機以其成熟可靠的技術和出色的燃油效率，為車輛提供了穩(wěn)定而持久的動力輸出。

通過選用這款具有代表性的車型進行測試，可以更準確地評估和分析在高溫道路試驗中，路面反射輻射對整車熱害結果的影響。同時，該車型的性能參數(shù)也為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和對比提供了有力的參考依據(jù)。

1.4" 試驗工況

為了深入研究低速大負荷狀態(tài)下車輛底盤傳感器溫度隨熱路負荷溫度變化的規(guī)律，本次試驗特別選取了低速爬坡工況作為測試條件。該工況能夠充分模擬車輛在實際道路行駛中遇到的復雜熱負荷情況，尤其是在山區(qū)或丘陵地帶長時間低速爬坡時，車輛底盤及相關部件所承受的熱負荷壓力會顯著增加。

通過設定具體的試驗工況（表2），可以精確地控制熱路負荷溫度的變化，并實時監(jiān)測車輛底盤傳感器溫度的變化情況。這種精確控制和實時監(jiān)測的方法有助于更準確地捕捉底盤傳感器溫度與熱路負荷溫度之間的關聯(lián)性，從而揭示出低速大負荷狀態(tài)下車輛底盤的熱害規(guī)律。熱害布點位置見圖5，水溫布點位置見圖6。

本次試驗工況的選擇不僅符合實際道路行駛的需求，也符合汽車研發(fā)過程中對車輛性能全面評估的要求。通過這一研究，有望為汽車熱平衡設計提供更有針對性的建議，提高車輛在復雜熱環(huán)境下的性能和安全性。

2" 試驗結果及分析

2.1" 冷卻系統(tǒng)試驗結果分析

如圖7所示，隨著輻射溫度的逐漸升高，散熱器進出水溫度亦呈現(xiàn)出相應的上升趨勢。雖然溫度上升的幅度相對較小，大致在2℃左右，上升比例約為2%～3%，但這一變化對于冷卻系統(tǒng)而言具有顯著影響。考慮到散熱器進水溫度已接近水溫的上限值，即便是在設計過程中稍有冒險，這一微小的溫度變化也可能導致冷卻溫度超過冷卻液的限值，從而對冷卻系統(tǒng)的效能及穩(wěn)定性造成不利影響。

2.2" 排氣管路試驗結果分析

如圖8所示，隨著輻射溫度的逐步上升，預催溫度呈現(xiàn)出較為明顯的變化趨勢，上升幅度約為4.5℃。相對而言，預催后法蘭的溫度變化較為溫和，僅上升約2℃。值得注意的是，由于地熱輻射位置恰好位于車輛正下方，因此車輛各部位受熱影響程度與其距輻射源的距離密切相關。具體表現(xiàn)為，位置越靠后的部件，其受地熱輻射的影響越為顯著。

如圖9所示，隨著輻射溫度的逐漸升高，波紋管前排氣管表面及其內(nèi)部溫度均呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢。其中，最大上升溫度達到了約7℃，上升幅度更是高達5%左右。這一溫度變化對于車輛熱害的影響不容忽視，可能導致排氣管及相關部件的性能下降，甚至加速其老化進程。

如圖10所示，隨著輻射溫度的升高，波紋管后的溫度上升現(xiàn)象尤為顯著。最大溫差達到了16℃，這一變化幅度在熱害影響中顯得尤為突出。波紋管表面的溫度上升幅度更是高達15%以上，這一數(shù)據(jù)充分說明了地熱輻射對波紋管溫度的影響之大。

如圖11所示，隨著輻射溫度的逐步升高，前消表面溫度呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢。具體而言，普遍上升了約10℃，這一變化幅度在熱害影響中顯得尤為突出。

如圖12所示，隨著輻射溫度的上升，前消后排氣管表面溫度雖然有所上升，但上升幅度并不大，大致在3～5℃之間。

如圖13所示，隨著輻射溫度的上升，后消上下表面溫度上升幅度不大，基本在4～5℃左右，另外上表面溫度明顯高于下表面溫度，同時后消前明顯高于后消后表面溫度。

如圖14所示，隨著輻射溫度的上升，排氣管內(nèi)和排氣管表面溫度均呈現(xiàn)上升趨勢，上升幅度在5℃以內(nèi)，同時管內(nèi)溫度和管外溫度差基本也維持在200℃左右。

2.3" 管路橡膠試驗結果

如圖15所示，隨著輻射溫度的上升，排氣管吊耳表面溫度均呈上升趨勢，上升幅度在2℃以內(nèi)，同時排氣吊耳表面溫度從前往后依次降低。

3" 結論

隨著輻射溫度的上升，散熱器、預催、波紋管、前消、后消及排氣管等部件的溫度均呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢。整體來看，地熱輻射對車輛各部件溫度有顯著影響，需關注其熱害影響及冷卻系統(tǒng)效能。深入研究路面反射輻射對整車熱害結果的影響，對于提升汽車研發(fā)水平，保障車輛性能具有重要意義。未來，隨著測試技術的不斷進步和測試資源的日益豐富，有望更加準確地模擬和評估車輛在各種極端環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

參考文獻：

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