3/4开口试验段汽车风洞的风阻测量误差分析与修正

汽车风洞用3/4开口试验段模拟真实道路气动环境,有限的试验段尺寸、地面边界层及射流剪切层会干扰流场,从而引起风阻测量误差。根据简化势流模型分析,3/4开口试验段存在模型实体阻塞、喷口阻塞、收集口阻塞以及水平压力梯度4项系统误差源,其中模型实体阻塞让风阻测量值偏低,喷口和收集口阻塞让风阻测量值偏高,彼此平衡抵消机制使3/4开口试验段风洞具有能够适应更大尺寸模型的优势。利用Mercker-Wiedemann修正方法,结合同济大学整车气动声学风洞,计算修正了3辆不同尺寸车型的风阻系数。结果显示:设定风阻系数误差不超过1%为标准,3/4开口试验段汽车风洞最大阻塞比为15%;水平压力梯度对风阻系数误差的影响更大,风洞设计和验收标准应保证dC_(p)(x)/dx≤0.001/m。

开口风洞声阵列测量的剪切层修正方法

开口风洞中的相位传声器阵列测量,必须进行剪切层修正才能得到真实的噪声源位置信息。在0.55m×0.40m声学风洞中开展了剪切层修正的实验研究,得到了不同风速条件下的剪切层速度剖面、声波传播延迟时间和声源定位的结果。根据实验结果,对剪切层速度剖面的Gortler理论解进行了验证,并对比分析了4种剪切层修正方法。研究结果表明:选择自相似参数σ=9,ξ0=0.2时剪切层速度剖面测量值与理论值符合较好;剪切层厚度与轴向距离的关系为y=0.15x;马赫数Ma≤0.3、测量角θm在40°～140°范围内,不同剪切层修正方法对声波延迟时间计算结果的相对误差在1%以内。提出了射线追踪快速计算方法,该方法较常规射线追踪法的计算速度可提高2个数量级,从而使其适用于声阵列在线测量。

开口风洞剪切层对传声器及其阵列测量影响试验研究

开口风洞进行气动噪声测量及传声器阵列定位研究时必须考虑开口剪切层对声传播的影响。基于传统的二维剪切层折射修正公式的Snell定律和波传播对流效应,推导了更普遍的三维剪切层折射修正公式。针对0.55m×0.4m开口风洞,首先开展了风洞剪切层形态及位置的测量研究,70m/s风速下,该风洞剪切层略向外扩张,角度为1.14°;其次采用相位相关分析的方法研究了风速30,50和70m/s条件下,不同频段的声波穿过剪切层的折射现象,并与基于剪切层无限薄假设的Amiet等人的理论结果进行了比较,指出了折射角度的理论修正公式只有当声源到剪切层的距离大于4倍的目标声波波长时,即满足远场条件时,才与试验结果接近;最后,将剪切层修正方法应用于基于Beam-forming算法的传声器阵列的声源定位中,结果表明三维剪切层修正方法能够有效提高传声器阵列声源定位的准度。

Amiet剪切层理论的角度折射验证研究

在开口射流风洞中进行气动噪声的定位测量试验时,射流边界的剪切层会对声传播产生折射影响。在处理过程中需要对传声器测量的信号进行剪切层修正,修正结果将直接影响到波束形成对气动噪声源定位的准确性。本文针对经典的Amiet剪切层修正理论,综合计算气动声学(Computational aeroacoustics,CAA)数值计算与试验测试,对该理论进行了验证,研究表明CAA计算与Amiet理论吻合,Amiet理论能够有效修正剪切层对声波的角度折射影响。

开口回流式汽车风洞结构的声固有特性分析

将开口回流式风洞整体作为研究对象,建立变截面管道回路的声学分析模型,利用管道中的声传播理论,得到确定风洞流道内声空间声固有特性的方法;进而对同类型的某模型风洞的声固有特性进行计算,并与该模型风洞的测量结果和现有的研究方法得出的结果比较,说明本文的研究方法能较全面准确地确定无流或低风速风洞中的声固有特性,从而也较清楚地解释了引起这类风洞低频颤振现象的声响应特性,是对低频颤振机理的进一步探索。

开口试验段优化设计数值模拟

为提高某低速风洞开口试验段流场品质,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对不同设计方案进行了模拟.数值模拟结果显示:采用集气扩散段能有效提高开口试验段流场均匀性;在试验段入口前加装蜂窝器和阻尼网,对提高试验段流场均匀性和方向场、降低湍流度有重要作用.对试验段尺寸与收集器设计的进一步研究表明,延长试验段前入口区长度、增大试验段口径、改变集气扩散段位置与尺寸都能够有效提高模型区流场品质.通过比较,得出了较为合理的匹配参数,流场指标达到了设计要求.

一种基于EMD的低湍流度信号处理分析方法

采用热线风速仪在3座典型低速风洞中进行了流场湍流度测量,这3座低速风洞包括1个低湍流风洞、1个常规闭口风洞和1个开口射流风洞。针对湍流信号通常受噪声干扰的问题,在湍流度值处理中引入了经验模式分解（EMD）自适应滤波和HHT时频谱分析方法。将EMD方法与其他几种湍流度值处理方法进行了比较,包括带通滤波方法（BP）、电磁噪声解耦方法（ENC）和高通惯性衰滤波方法（HPIA）。采用EMD方法测得低湍流风洞的湍流度值,在流场速度30～100m/s的范围内小于0.05%。采用HHT方法完成了脉动速度信号的时频分析,分析发现开口风洞试验段的脉动速度HHT时频谱有突出的低频信号。所构建的EMD自适应滤波器可以有效控制噪声对热线输出信号的影响,是一种有效的低湍流度信号处理方法。

射流撞击折板的实验研究

以二维射流边界层流动撞击折板为简化模型 ,利用声压和脉动流速测量 ,实验研究了低速回流开口风洞试验段常会出现的射流边界与喷口、收集段相互作用引起射流整体振荡致声现象。除给出振荡频率、强度随撞击长度和射流流速的变化规律外 ,本文还给出折板几何参数 (折转角、折转长度 )和板面条件对振荡致声现象的影响。结果表明 ,折转角在 3 0～ 60°、折转长度与射流不稳定波波长相当的实壁折板 ,或内侧面胶贴海绵的平板 ,能明显削弱振荡 ;同时考虑几何参数和板面条件时 。

流道引流对风洞试验段轴向静压因数的影响

为改善开口式汽车风洞试验段轴向静压因数分布,应用数值仿真方法研究不同扩散角、收集口角度和流道引流方式对风洞试验段轴向静压因数以及静压梯度的影响.数值仿真得到的轴向静压因数与风洞试验结果一致,验证该计算方法的正确性.研究结果表明:流道引流方法可提高收集口附近的速度,降低当地的静压因数,导致试验段轴向静压因数的降低,从而改善流场品质.从收集口顶部或其两侧引入流道回流的方式都能降低试验段轴向静压因数,且两种方式降低效果相同.对于较大的扩散角,与15°收集口的引流相比,0°收集口的引流改善试验段轴向静压因数的效果更好;对于较小的扩散角,结果相反.

开口风洞剪切层流场特性

给出了开口风洞剪切层厚度简化计算公式,开展了数值计算,研究了扩散率和偏移量参数对剪切层速度剖面的影响;分别在两座开口风洞中开展了实验研究,得到了剪切层速度剖面、剪切层厚度、湍流强度和湍流功率谱的变化规律,并将理论结果与实验结果进行了对比分析,结果表明:离开喷口一定距离后,剪切层的轴向速度剖面强自相似,而横向速度剖面弱自相似;剪切层的厚度沿流向位置线性增长;湍流强度值在射流核心区较小且基本稳定,在剪切层区域快速增加;剪切层湍流功率谱为宽带谱,没有与周期性旋涡脱落相关的谱峰。