李建，張長平，許翔，王丹，張藝倫，牟連嵩

（1.河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，天津 300401；2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300）

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車測試任務(wù)不斷增長。汽車環(huán)境風(fēng)洞可以精確模擬汽車試驗所需的極端環(huán)境條件，真正實現(xiàn)汽車全氣候環(huán)境試驗，已經(jīng)成為汽車研發(fā)中必不可少的試驗設(shè)備。地面邊界層作為評價風(fēng)洞地面流場品質(zhì)的重要指標(biāo)，一直受眾多研究者所關(guān)注。地面邊界層的存在會對風(fēng)洞試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定程度的影響。陳軍等[1]研究發(fā)現(xiàn)，地面邊界層會使通過車底的氣流通量減少，造成車輪等車輛部件的力矩?fù)p失，從而使空氣動力學(xué)測量產(chǎn)生誤差。Wiedemann等[2]通過對比不同抽吸率下阻力測試的結(jié)果，得出邊界層抽吸裝置會改變車前部的靜壓梯度，影響阻力測試的結(jié)果。梁媛媛[3]通過總結(jié)得出，當(dāng)邊界層位移厚度大于車底與地面高度的8.5%時，會影響汽車的風(fēng)阻、氣動升力和俯仰力矩等空氣動力學(xué)性能。王宏朝等[4]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，邊界層的存在還會使得通過散熱器的冷卻空氣質(zhì)量流量發(fā)生變化。為消除地面邊界層的影響，目前在風(fēng)洞中逐漸普及了地面模擬系統(tǒng)。Klemin[5]在1930年首次采用移動地板的方法模擬了地面效應(yīng)，并取得了成功。丁寧等[6]通過對移動帶系統(tǒng)進行數(shù)值模擬得出，移動帶自身空轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生升力，升力會隨來流速度的增加而有所增大，移動帶自身產(chǎn)生的升力可使實驗車輛升力增加27%。張英朝等[7]研究發(fā)現(xiàn)，移動帶和垂直抽吸裝置均能有效地降低地面邊界層的厚度，改善地面附近區(qū)域的流場，同時使用這兩種裝置可以獲得對地面邊界層的最佳控制。汽車車輪對汽車空氣動力學(xué)特性有重要的影響。方健等[8]通過對車輪的旋轉(zhuǎn)進行模擬，發(fā)現(xiàn)車輪旋轉(zhuǎn)運動會改變車輪周圍和汽車尾部的流場結(jié)構(gòu)，引起氣動特性的顯著變化。黃海波等[9]使用旋轉(zhuǎn)壁面技術(shù)對車輪轉(zhuǎn)動進行了模擬，結(jié)果表明，氣流在輪胎-輪罩間隙中存在相匯區(qū)，并形成渦流，氣流主要從相匯處溢出，對汽車外流場產(chǎn)生一定的影響。

目前，關(guān)于風(fēng)洞地面流場的研究主要集中在地面邊界層厚度對汽車風(fēng)洞試驗的影響，以及如何降低地面邊界層厚度，尚沒有關(guān)于汽車環(huán)境風(fēng)洞中底盤測功機對地面流場影響的研究。底盤測功機安裝于風(fēng)洞地面，在試驗時會對車輪及底盤附近的流場造成影響，進而影響整車流場。本文采用數(shù)值仿真的方法，研究了汽車環(huán)境風(fēng)洞的抽吸率及邊界層厚度，分析了底盤測功機對汽車環(huán)境風(fēng)洞地面流場的影響規(guī)律，為進一步探究汽車環(huán)境風(fēng)洞中底盤測功機和車輪旋轉(zhuǎn)共同作用對汽車外流場的影響奠定了基礎(chǔ)。

1 汽車環(huán)境風(fēng)洞簡介

本文研究對象為某汽車環(huán)境風(fēng)洞，如圖1所示。風(fēng)洞試驗段長為13.59 m，寬10 m，高7.5 m，試驗段內(nèi)配備有底盤測功機和全光譜陽光模擬裝置。風(fēng)道內(nèi)主風(fēng)機直徑為4.75 m，最大轉(zhuǎn)速為550 r/min。換熱器位于穩(wěn)定段，其附近設(shè)有阻尼網(wǎng)，用于均勻氣流。風(fēng)洞主噴口寬3.3 m，高2.5 m，噴口面積為8.25 m2，對應(yīng)噴口最大風(fēng)速為250 km/h。

圖1 汽車環(huán)境風(fēng)洞Fig.1 Schematic diagram of automotive climate wind tunnel

2 數(shù)值模型及驗證

2.1 數(shù)值模型概述

風(fēng)洞三維模型參照某汽車環(huán)境風(fēng)洞設(shè)計圖紙進行創(chuàng)建，選取汽車環(huán)境風(fēng)洞的穩(wěn)定段、收縮段、噴口、試驗段、收集口和擴散段建立計算域，汽車環(huán)境風(fēng)洞計算域模型如圖2所示。試驗段內(nèi)保留底盤測功機、全光譜陽光模擬裝置、固定支架、照明燈等所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。環(huán)境風(fēng)洞計算域模型各區(qū)域面網(wǎng)格的劃分采用三角形面網(wǎng)格，體網(wǎng)格的類型為以六面體為核心的剪裁體網(wǎng)格。整個計算域體網(wǎng)格尺寸為1～300 mm，在近壁面處生成兩層邊界層網(wǎng)格，網(wǎng)格增長率為1.1，總厚度為8.4 mm。為了增加對近地面流場的捕捉，對底盤測功機和地面區(qū)域體網(wǎng)格進行了加密，考慮到體網(wǎng)格數(shù)量和計算時間等因素，將加密區(qū)域網(wǎng)格尺寸定為10 mm，最終生成的體網(wǎng)格數(shù)量約為3 917萬。

圖2 汽車環(huán)境風(fēng)洞計算域模型Fig.2 Automotive climate wind tunnel computing domain model

風(fēng)洞入口邊界設(shè)置為質(zhì)量流量入口，出口邊界設(shè)為分離流出口，入口質(zhì)量流量數(shù)值由風(fēng)洞收縮段的收縮比、氣流密度及噴口設(shè)定風(fēng)速計算得到。將邊界層抽吸裝置簡化為抽吸平面，設(shè)置為分離流出口。為保證風(fēng)洞數(shù)值模型與真實風(fēng)洞完全一致，參照環(huán)境風(fēng)洞結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，在風(fēng)洞模型噴口左側(cè)和右側(cè)的怠速風(fēng)門內(nèi)部相同位置分別設(shè)置一個壓力釋放端口。壓力釋放端口出口設(shè)置為壓力出口，而壓力釋放端口入口設(shè)置為質(zhì)量流量入口，彌補邊界層抽吸裝置抽吸而失去的質(zhì)量流量，保證計算域內(nèi)的質(zhì)量流量守恒。鑒于Realizablek-ε模型能夠較為準(zhǔn)確地捕捉流動分離[10]，并且它對廣泛的流動有效[11-14]，因此將其作為本文所使用的湍流模型。

2.2 風(fēng)洞試驗

試驗選擇在無車的汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗段內(nèi)進行，測試風(fēng)速為20～200 km/h，風(fēng)速間隔為20 km/h，風(fēng)洞試驗如圖3所示。測試設(shè)備主要有電腦、電子壓力掃描閥和邊界層耙等。電腦上裝有與電子壓力掃描閥配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，壓力掃描閥通過數(shù)據(jù)線與電腦上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)連接，邊界層耙通過測壓軟管與壓力掃描閥上的通道相連。測試位置選擇風(fēng)洞軸向中心線位置，在距離風(fēng)洞噴口0.83、1.73、3.32、4.32、5.32、6.32 m處測試地面區(qū)域邊界層厚度，其中0.83 m處約為車前側(cè)位置，6.32 m處約為車后側(cè)位置。

圖3 邊界層厚度測量試驗Fig.3 Diagram of boundary layer thickness measurement test

2.3 抽吸率研究及仿真精度驗證

邊界層抽吸裝置是汽車環(huán)境風(fēng)洞重要的組成部分之一，它的主要作用是抽吸地面附近的低速氣流，從而達到降低地面邊界層厚度的目的[15-17]。抽吸率為抽吸速度和主流速度之比，抽吸率過低，無法有效控制下游的邊界層厚度，抽吸率過高，會影響主流流場的氣流角度等[18-19]。數(shù)值仿真計算風(fēng)速為20～200 km/h，風(fēng)速間隔為20 km/h，分別計算了不同噴口設(shè)定風(fēng)速下邊界層抽吸裝置不同抽吸率下的邊界層厚度。選擇風(fēng)洞試驗典型風(fēng)速120 km/h進行分析，在此風(fēng)速下數(shù)值仿真計算的部分抽吸率、抽吸速度和抽吸量見表1。所有算例全部采用穩(wěn)態(tài)計算，迭代5 000步后，最終的收斂殘差在10–3量級以下，認(rèn)為計算收斂。

表1 風(fēng)速120 km/h的部分抽吸率、抽吸速度和抽吸量Tab.1 Partial suction rate, suction speed and suction capacity at a wind speed of 120 km/h

數(shù)值仿真計算結(jié)果表明，噴口設(shè)定風(fēng)速為120 km/h時，邊界層抽吸裝置的最佳抽吸率為0.048，此時抽吸量約占噴口總流量的1.51%。為驗證模型仿真的精度，選取環(huán)境風(fēng)洞軸向中心線處距離噴口0.83 m的試驗測量位置，將此位置邊界層耙上60個測點的測量風(fēng)速值與數(shù)值仿真計算值進行對比，對比結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，在最佳抽吸率下，測點位置處邊界層耙上60個測點的測量風(fēng)速值與數(shù)值仿真計算值基本吻合?？拷孛嫣幱捎谕牧髂Ｐ秃途W(wǎng)格等因素的影響，計算誤差較大，其余位置計算誤差在2%以內(nèi)，可以認(rèn)為該數(shù)值模型具有較高的仿真精度。

圖4 邊界層耙測量風(fēng)速值與計算值對比Fig.4 Comparison between measured wind speed and calculated wind speed with boundary layer rake

3 結(jié)果分析

3.1 風(fēng)洞軸向中心線位置邊界層厚度

邊界層內(nèi)流體的流動速度是漸近地趨于外部主流速度，所以邊界層內(nèi)外區(qū)域的分界線不明顯。邊界層的厚度通常定義為從物面到約等于99%的外部流動速度處的垂直距離。當(dāng)?shù)妆P測功機關(guān)閉時，環(huán)境風(fēng)洞軸向中心線位置邊界層厚度測量結(jié)果和計算結(jié)果對比見表2，表中δ為邊界層厚度，δ*為邊界層位移厚度。

表2 風(fēng)洞軸向中心線位置邊界層厚度測量結(jié)果和計算結(jié)果對比Tab.2 Comparison of measured and calculated boundary layer thickness at axial center line of wind tunnel

由試驗數(shù)據(jù)可得，風(fēng)洞地面區(qū)域邊界層厚度隨著與噴口距離的增加逐漸增厚，原因是，風(fēng)洞地面邊界層是由于氣體的黏性作用而產(chǎn)生的。邊界層緊靠地面，沿壁面法線方向存在著很大的速度梯度，由于最靠近地面的一層氣體速度為0，而邊界層頂部氣流速度接近主流速度，隨著氣流的流動，受氣體黏性作用的影響，低速的氣體層與高速的氣體層之間的速度梯度減小，邊界層頂部氣流要達到風(fēng)洞中心主流速度，具有速度梯度的氣體層數(shù)增加，邊界層厚度必然逐漸增加。

由表2的結(jié)果可知，環(huán)境風(fēng)洞軸向中心線處不同位置的邊界層厚度在設(shè)置的最佳抽吸率下得到了有效的控制。數(shù)值仿真計算中，地面測試區(qū)域的邊界層厚度控制在122 mm以內(nèi)，邊界層位移厚度控制在17 mm以內(nèi)。在距離風(fēng)洞抽吸口較近的位置，地面邊界層厚度和邊界層位移厚度的試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的絕對值較低，因此導(dǎo)致數(shù)值仿真計算的相對誤差較大，其他位置邊界層厚度的相對誤差基本保證在12%以內(nèi)，邊界層位移厚度的相對誤差基本保證在10%以內(nèi)?？紤]到數(shù)值仿真軟件本身存在的數(shù)值仿真計算誤差，邊界層厚度和邊界層位移厚度的數(shù)值計算結(jié)果具有較高的精度。

3.2 底盤測功機對地面流場的影響

在汽車環(huán)境風(fēng)洞中，底盤測功機是以轉(zhuǎn)轂的表面來模擬路面，主要用以進行汽車的行駛阻力測試、發(fā)動機功率測試以及汽車加速性能和爬坡性能等測試[20-23]。由于底盤測功機區(qū)域試驗測試設(shè)備安裝困難，因此從數(shù)值仿真的角度探究了底盤測功機對地面流場的影響。

數(shù)值仿真計算風(fēng)速為20～200 km/h，風(fēng)速間隔為20 km/h，仿真計算中，邊界層抽吸裝置的抽吸率為各噴口風(fēng)速下的最佳抽吸率。選擇風(fēng)洞試驗典型風(fēng)速120 km/h進行分析，其他風(fēng)速流場規(guī)律與120 km/h基本相似。數(shù)值仿真計算了無底盤測功機、底盤測功機分別處于關(guān)閉和打開狀態(tài)等3種情況下的環(huán)境風(fēng)洞地面流場。在仿真計算中，底盤測功機轉(zhuǎn)轂的轉(zhuǎn)動采用MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法2種方法，MRF方法是通過旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系的方法體現(xiàn)轉(zhuǎn)轂在旋轉(zhuǎn)區(qū)域的效果[24]，而旋轉(zhuǎn)壁面法是通過在物體表面設(shè)置切向速度來模擬真實旋轉(zhuǎn)[25-26]。

3.2.1 底盤測功機附近區(qū)域邊界層厚度

底盤測功機主要影響其附近的流場，對風(fēng)洞地面其他位置流場的影響較小，所以主要分析了底盤測功機周圍區(qū)域的流場規(guī)律。由于底盤測功機4個轉(zhuǎn)轂是左右對稱分布的，因此分析了底盤測功機左側(cè)前后2個轉(zhuǎn)轂附近5個位置的地面邊界層厚度，位置信息和4種計算工況下的計算結(jié)果見表3。

表3 底盤測功機區(qū)域不同位置邊界層厚度對比Tab.3 Comparison of boundary layer thickness at different positions in chassis dynamometer area

由表3可得，汽車環(huán)境風(fēng)洞無底盤測功機時，自風(fēng)洞噴口流出的氣流在地面附近無任何阻擋，地面邊界層得以充分發(fā)展。隨著氣流的流動，邊界層逐漸增厚，相比于存在底盤測功機時，區(qū)域內(nèi)相同位置的邊界層厚度增加1.28～12.22 mm。對比MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法2種數(shù)值模擬方法的模擬結(jié)果可得，在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)，采用旋轉(zhuǎn)壁面法進行模擬比MRF法邊界層厚度增加近8 mm；而在其他位置，2種模擬方法對邊界層厚度的模擬區(qū)別不大，差別在1.5 mm以內(nèi)。通過對比底盤測功機處于打開與關(guān)閉狀態(tài)時不同位置的邊界層厚度可得，底盤測功機轉(zhuǎn)轂的轉(zhuǎn)動會使周邊的氣流發(fā)生擾動，進而使附近區(qū)域的地面邊界層厚度變大。

3.2.2 底盤測功機區(qū)域風(fēng)速分布

在車型設(shè)計中，一般轎車底盤高度在110～150 mm。為對比4種仿真工況下底盤測功機區(qū)域風(fēng)速分布規(guī)律，在底盤測功機區(qū)域高度方向選擇轎車底盤平均高度130 mm進行風(fēng)速分析。在汽車環(huán)境風(fēng)洞計算域內(nèi)左側(cè)底盤測功機軸向中心線130 mm高度處依次縱向設(shè)置51個風(fēng)速監(jiān)測點，監(jiān)測點的分布范圍為自前轉(zhuǎn)轂前側(cè)至后轉(zhuǎn)轂后側(cè)，在X方向為距離噴口2～7 m，監(jiān)測點與監(jiān)測點之間的間隔為0.1 m。汽車環(huán)境風(fēng)洞底盤測功機區(qū)域無底盤測功機和底盤測功機不運行時的速度云圖對比如圖5所示。使用MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法2種轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動模擬方法的底盤測功機區(qū)域速度云圖對比如圖6所示。由數(shù)值仿真計算結(jié)果得出的4種仿真工況下底盤測功機區(qū)域距離地面高度130 mm的風(fēng)速分布如圖7所示。

圖5 無底盤測功機和底盤測功機不運行工況速度云圖對比Fig.5 Comparison of velocity cloud image under different operating conditions (a) with chassis dynamometer and(b) without chassis dynamometer

圖6 MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法速度云圖對比Fig.6 Comparison of velocity cloud image between (a) MRF method and (b) rotating wall method

圖7 底盤測功機區(qū)域130 mm高度處的風(fēng)速分布Fig.7 Wind speed distribution at 130 mm height in the chassis dynamometer area

通過圖5和圖7可以發(fā)現(xiàn)，底盤測功機的結(jié)構(gòu)會對附近風(fēng)速產(chǎn)生影響，并且底盤測功機處于關(guān)閉和打開狀態(tài)時，附近區(qū)域的風(fēng)速變化趨勢一致，而后轉(zhuǎn)轂附近風(fēng)速波動略大。這種風(fēng)速分布規(guī)律主要是由底盤測功機地面部分的結(jié)構(gòu)造成的。由于轉(zhuǎn)轂轂面略微凸出地面，因此在前轉(zhuǎn)轂的前側(cè)、上側(cè)、后側(cè)和后轉(zhuǎn)轂的上側(cè)和后側(cè)都會有一個高風(fēng)速區(qū)域，區(qū)域內(nèi)風(fēng)速比設(shè)定風(fēng)速高1%～4%。在前后轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后側(cè)與地面相連接的位置各有一個凹部，在這類位置由于氣流的回流，會形成一個風(fēng)速略低的區(qū)域，低風(fēng)速區(qū)域風(fēng)速比設(shè)定風(fēng)速低1%～5%。由于后轉(zhuǎn)轂前側(cè)與地面連接處平滑過渡，氣流并沒有受到嚴(yán)重阻擋，因此在后轉(zhuǎn)轂前側(cè)風(fēng)速幾乎不受影響。底盤測功機對近地面風(fēng)速的影響隨著距離地面高度的增加而逐漸減小，在底盤測功機區(qū)域距離地面高度260 mm以上區(qū)域，底盤測功機對風(fēng)速幾乎沒有影響。

由圖6和圖7可以得出，使用MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法對轉(zhuǎn)轂進行模擬時，底盤測功機區(qū)域的風(fēng)速分布近乎一致，可以認(rèn)為這2種模擬方法對底盤測功機區(qū)域風(fēng)速的模擬精度一致。通過圖7可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)妆P測功機處于打開狀態(tài)時，在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)的風(fēng)速相對于關(guān)閉狀態(tài)時會減小。造成這種現(xiàn)象的原因是底盤測功機打開后，轉(zhuǎn)轂的轉(zhuǎn)動使前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)區(qū)域地面邊界層厚度增大，邊界層內(nèi)風(fēng)速比主流風(fēng)速低，受邊界層的影響，在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)的風(fēng)速相對于關(guān)閉狀態(tài)時會減小。

3.2.3 底盤測功機附近區(qū)域總壓損失

數(shù)值仿真計算中，底盤測功機區(qū)域的總壓值監(jiān)測點與風(fēng)速監(jiān)測點一致，4種計算工況下底盤測功機區(qū)域距離地面高度130 mm的總壓損失計算結(jié)果如圖8所示。由圖8可得，底盤測功機區(qū)域總壓隨著距噴口距離的增大而逐漸減小，可見底盤測功機區(qū)域具有一定的總壓損失；而無底盤測功機時，總壓損失更小。對比MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法得出的總壓曲線可得，旋轉(zhuǎn)壁面法可以模擬出底盤測功機區(qū)域的壓降，對總壓趨勢的模擬更加準(zhǔn)確，而MRF法對總壓的模擬誤差較大。在地面高度130 mm處，距離噴口6.4 m位置的下游區(qū)域，風(fēng)洞中存在底盤測功機時總壓開始出現(xiàn)較大幅度的下降，并且在底盤測功機處于打開狀態(tài)時，總壓下降尤為明顯。原因是此處位于后轉(zhuǎn)轂后側(cè)，受后轉(zhuǎn)轂結(jié)構(gòu)的影響，總壓出現(xiàn)驟然下降，而后轉(zhuǎn)轂對總壓的這種影響在轉(zhuǎn)動時更加明顯；前轉(zhuǎn)轂區(qū)域由于地面部分結(jié)構(gòu)簡單，因此在此高度處對總壓影響較小。

圖8 底盤測功機區(qū)域130 mm高度總壓損失Fig.8 Total pressure loss at 130 mm height in the chassis dynamometer area

3.2.4 底盤測功機附近區(qū)域靜壓分布

數(shù)值仿真計算中，底盤測功機區(qū)域的靜壓值監(jiān)測點與風(fēng)速監(jiān)測點一致。汽車環(huán)境風(fēng)洞的底盤測功機區(qū)域無底盤測功機和底盤測功機不運行工況的靜壓云圖對比如圖9所示。采用MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法得出的底盤測功機區(qū)域靜壓云圖如圖10所示。由數(shù)值仿真計算結(jié)果得出的4種工況下底盤測功機區(qū)域距離地面高度130 mm處的靜壓曲線如圖11所示。

圖9 無底盤測功機和底盤測功機不運行工況靜壓云圖對比Fig.9 Comparison of static pressure cloud image under different operating conditions(a) with chassis dynamometer and (b) without chassis dynamometer

圖10 MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法靜壓云圖對比Fig.10 Comparison of static pressure cloud image between (a) MRF method and (b) rotating wall method

圖11 底盤測功機區(qū)域130mm高度靜壓分布Fig.11 Static pressure distribution at 130mm height in the chassis dynamometer area

由圖9和圖11可得，在前轉(zhuǎn)轂的前側(cè)、上側(cè)、后側(cè)和后轉(zhuǎn)轂的上側(cè)和后側(cè)這5個高風(fēng)速位置，各有一個靜壓值較低的區(qū)域。與無底盤測功機相比，區(qū)域內(nèi)靜壓值低0.32～46.02 Pa。在前后轉(zhuǎn)轂與地面連接處的凹部，這些位置風(fēng)速較低，各有一個靜壓值較高的區(qū)域。與無底盤測功機相比，區(qū)域內(nèi)靜壓值高0.08～49.34 Pa。后轉(zhuǎn)轂前側(cè)的凹部由于沒有正對來流方向，且此處平滑過渡，因此對靜壓值的影響較小。對比前后轉(zhuǎn)轂區(qū)域，后轉(zhuǎn)轂區(qū)域較前轉(zhuǎn)轂區(qū)域的靜壓波動大。這主要是由于后轉(zhuǎn)轂地面部分比前轉(zhuǎn)轂略大，且結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對靜壓分布的影響也更大。

由圖10和圖11可得，采用MRF法進行轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動的模擬得出的靜壓曲線和旋轉(zhuǎn)壁面法非常接近，可以認(rèn)為這2種模擬方法對底盤測功機區(qū)域的靜壓分布模擬精度一致。當(dāng)?shù)妆P測功機處于打開狀態(tài)時，在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)區(qū)域的靜壓值比關(guān)閉狀態(tài)時大。原因是當(dāng)?shù)妆P測功機處于打開狀態(tài)時，在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)的風(fēng)速相對于關(guān)閉狀態(tài)時會減小，使當(dāng)?shù)仂o壓變大，因此在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)區(qū)域的靜壓值比關(guān)閉狀態(tài)時大。由數(shù)值計算結(jié)果顯示，在距離地面473 mm以上位置，底盤測功機對靜壓的影響基本消失。

4 結(jié)論

采用數(shù)值仿真的方法，得出了汽車環(huán)境風(fēng)洞的抽吸率，分析了底盤測功機區(qū)域的邊界層厚度、風(fēng)速和壓力分布情況。針對轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動的模擬，對比了MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法對底盤測功機區(qū)域流場模擬的差異，得出了以下結(jié)論。

1）在每一設(shè)置風(fēng)速下，汽車環(huán)境風(fēng)洞的邊界層抽吸裝置都有其對應(yīng)的最佳抽吸率，噴口設(shè)定風(fēng)速為120 km/h時，邊界層抽吸裝置的最佳抽吸率為0.048，此時抽吸量約占噴口總流量的1.51%。

2）底盤測功機不運行時，其結(jié)構(gòu)會對附近區(qū)域地面邊界層厚度、風(fēng)速、總壓和靜壓分布產(chǎn)生影響。相比于底盤測功機不運行工況，汽車環(huán)境風(fēng)洞無底盤測功機時，底盤測功機區(qū)域內(nèi)相同位置的邊界層厚度會增加1.28～12.22 mm，而總壓損失會減小。在前轉(zhuǎn)轂的前側(cè)、上側(cè)、后側(cè)和后轉(zhuǎn)轂的上側(cè)和后側(cè)都會有一個高風(fēng)速區(qū)域，區(qū)域內(nèi)風(fēng)速比設(shè)定風(fēng)速高1%～4%，與無底盤測功機相比，區(qū)域內(nèi)靜壓值低0.32～46.02 Pa。在前后轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后側(cè)與地面相連接的凹部會有一個低風(fēng)速區(qū)域，區(qū)域內(nèi)風(fēng)速比設(shè)定風(fēng)速低1%～5%，與無底盤測功機相比，區(qū)域內(nèi)靜壓值高0.08～49.34 Pa。在高度方向，底盤測功機對近地面風(fēng)速、總壓和靜壓分布的影響范圍有限。在底盤測功機區(qū)域一定高度范圍內(nèi)，后轉(zhuǎn)轂對風(fēng)速、總壓和靜壓分布的影響較大。

3）底盤測功機轉(zhuǎn)轂的轉(zhuǎn)動會使附近區(qū)域的地面邊界層厚度變大。相比于關(guān)閉狀態(tài)，底盤測功機處于打開狀態(tài)時，在后轉(zhuǎn)轂后側(cè)的總壓下降幅度更大。在前轉(zhuǎn)轂前側(cè)和后轉(zhuǎn)轂后側(cè)區(qū)域，底盤測功機處于打開狀態(tài)的風(fēng)速比關(guān)閉狀態(tài)時小，靜壓值則比關(guān)閉狀態(tài)時大。除前轉(zhuǎn)轂前側(cè)位置，MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法對邊界層厚度的模擬差別不大。2種模擬方法對底盤測功機區(qū)域風(fēng)速和靜壓分布的模擬精度一致；而對于總壓的模擬，旋轉(zhuǎn)壁面法對總壓趨勢的模擬更加準(zhǔn)確，MRF法對總壓的模擬誤差較大。對比MRF法和旋轉(zhuǎn)壁面法，旋轉(zhuǎn)壁面法更適合對底盤測功機區(qū)域流場的模擬。