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            什么是熱力學風洞

            編輯:杭州好久代駕服務有限公司   時間:2013/04/02   字號:
            摘要:什么是熱力學風洞
            ● 與空氣動力學風洞的區別
            相信很多人都聽說過風洞,而根據試驗對象以及用途的不同,風洞也分很多種,最常見的則是動力學風洞,它主要用來設計、優化飛行器、導彈、航天器的外部造型,在動力學風洞中能夠模擬出這些物體在高速運動下可能出現的狀況。
            對于汽車廠商來說,空氣動力學風洞對車身外形的開發也有著重要的作用,特別是一些超跑制造商。通常工程人員會先制成1:1的汽車油泥模型,然后在風洞中進行試驗,通過風洞內產生的強大氣流吹過車身表面來觀察氣體的流動是否符合設計上的需求,然后再對細節進行修改使風阻系數達到要求。
            當然建造一個可以放進1:1汽車模型規模的風洞的價格也是不菲,往往達到數億美元甚至更多,而且每做一次風洞試驗的費用也是相當大的。
            熱力學風洞則是另外一個名詞,它的主要用途是模擬車輛在實際情況中遭遇到的各種路況、氣候環境的改變,它可以模擬雨雪天氣、不同的濕度和溫度環境等。然而空氣動力學風洞則不需要這些,它只需要吹風,這也是二者最大的區別。
            下面以坐落于上海泛亞汽車技術中心的熱力學風洞為例進行介紹
            ● 風機重40噸 最大風速250km/h
            這座熱力學風洞坐落于上海泛亞汽車技術中心,建筑內設有主試驗艙、預試驗艙、風機、風道、冷卻/加熱系統、底盤測功機、日照模擬/雨雪模擬系統、數據采集系統等。
            風洞內的核心部件風機的重量為40噸,最大轉速708rpm,雖然轉速不高,但由于風扇直徑有3.6米,所以在全速狀態下配合風道的設計,最終在出風口可以產生時速為250km/h的風,而此時電機的功率為1500kW。
            要想產生高質量且可控的風,風道的設計是頗有講究的。從側面看去,整個風道采用了“回”字形的結構,重量達到了70噸,這種垂直布置的的方式使風道的上下落差達到了9米。位于建筑第3層的風機吹出的風會通過一段漫長的風道到達位于一層的風道擴張段,它的作用主要是讓氣流在這里得到緩沖、整流,然后經過收縮段最終從一個7平方米的出風口快速吹向主試驗艙。
            風從風機到出風口有很長的一段距離,所以當風機轉速發生變化后,出風口的風速必然會有延遲,但這個延遲性被控制在5秒之內。出風口的面積為7平方米,實際上它可以縮小為5平方米,通過調整出風口的面積,可以將風道中的最高風速立刻從200km/h提升到250km/h。這種對風道設計的“斤斤計較”確保了各項試驗更加接近或等同真實情況。
            ● 主試驗艙可模擬-40至60攝氏度的氣候環境 并實現雨雪天氣條件
            主實驗艙內用來放置試驗車輛,在地面上安裝有底盤測功機。它可以在車輛不著車的情況下,帶動車輪旋轉,同時還能模擬不同摩擦系數的路面對車輛產生的道路載荷,這在試驗艙內就實現了真實情況下的車輛行駛狀態。
            在這樣一個長22米、寬9米、高6.6米的主實驗艙內,還安裝有光照系統和雨雪系統。其中光照系統可以模擬現實中清晨、午后、傍晚等各時間段的陽光照射角度以及世界不同地區的各種光照強度,最高達到了1200瓦/平方米,超過了目前已有統計的全球最高日照強度——1000瓦/平方米。
            通過壓縮機和水泵所實現的雨雪系統配合需要的風速就可以完全再現運動中的車輛在自然雨雪條件下的情況。主壓縮機可以使實驗艙實現從零下40度到60度的溫度變化,溫度變化速率為0.6℃/min,更快的溫度變化可以在一天內實現極冷和極熱兩種情況下的試驗,同時可以更加真實的模擬氣候變化。
            ● 熱力學風洞對車型開發的意義
            在沒有熱力學風洞的條件下,車輛的測試就是要看老天爺的臉色,而且還會受到很多干擾。在四季分明的中國,一年只有一個冬季或夏季,把南北半球都利用上也不過兩個。例如在做車輛耐高溫試驗或者空調系統測試的話,就需要7、8月份在中國,12月、1月到澳洲,而有了這個風洞,則可以不受外界條件的限制,一年12個月都可以充分利用模擬的小環境為整車的開發進行調試??梢韵胂?,無論是研發成本還是時間都得到了更好的控制,大大提高了工作效率。
            當然風洞也并不是萬能的,即使有了熱力學風洞,也不會將所有的試驗全部在風洞內完成,通常它用來完成80%的工作,而剩下的20%則需要到實際條件下來最終檢驗前期在風洞中的成果。
            在這個熱力學風洞中擁有超過2000個通道,每個通道即是一個信息數據,通過對這些數據的采集、測量、分析,可以將車輛在各種條件下所反饋出的狀況捕捉得更加敏銳、細致,幫助技術人員更精準的找出問題的癥結。
            總結:
            可以大膽想象,如果我們掌握著史前氣候數據,將其輸入電腦并通過熱力學風洞進行模擬,然后看看現代工業文明的產物——汽車,是否適合在那個恐龍為主宰的侏羅紀和白堊紀時代使用,不過這只是我們天馬行空般的想象以及一廂情愿。通過熱力學風洞可以再現世界各地的不同氣候條件,足不出戶就可以對車輛進行模擬試驗。放眼全球范圍內的知名汽車企業,熱力學風洞已經是不可或缺的現代化研發設備,而它也確實體現了車企在技術和產品研發方面的實力。
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