环境风洞降雨环境模拟及优化初探

2022-07-15 14:54:00·  来源:中国汽研汽车风洞技术  作者:夏春波  
 
汽车雨水性能开发,指利用环境风洞模拟预设雨水环境(雨水强度及均匀性),结合仿真分析,改善雨水流通路径、A柱溢流、侧窗及车身污染、密封等性能。1.背景长期以

汽车雨水性能开发,指利用环境风洞模拟预设雨水环境(雨水强度及均匀性),结合仿真分析,改善雨水流通路径、A柱溢流、侧窗及车身污染、密封等性能。

1.背景

长期以来车辆雨水管理性能开发依托于雨天道路环境试验及仿真,因缺少雨水强度及均匀性可控的雨水环境进行方案验证,难以保证仿真与试验结果的一致性,严重影响优化方案的推进。

2.简介 

中国汽研依托于建成的整车环境风洞,其喷口布置雨水喷射框架,雨水随喷射气流运动至车身表面,通过调节供水流量、更换喷嘴及其布置形式,可提供指定雨水直径、强度及均匀性的雨水环境。

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图1  雨水喷射框架(左)和雨水荧光显影(右)


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图2  雨水强度控制原理


3. 详情

3.1喷嘴喷射试验及标定图片

无风环境下,利用高速相机定格喷头出雨形态、速度、雨滴直径、喷射范围等,利用仿真工具进行校核,如下图所示。

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图3    喷嘴出水形态(左)

喷射范围(中)仿真校核(右)


3.2 喷淋试验及标定

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有风环境下,使用雨量仪,结合高速相机测量各位置截面的雨强、雨径、雨速等,利用仿真工具进行校核及标定,并导求雨水强度的均匀性空间区域,某5x6喷嘴阵列(喷嘴呈5行6列均匀布置,行距0.12m,列距0.4m,详见雨水控制原理图)试验及仿真结果,如下图所示。

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图4 降雨环境试验


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图5  降雨环境仿真


雨水通过喷射框架上的喷嘴阵列释放,由气流带动,过程中不断汇合、分离、叠加,在雨水喷射范围内,不同距离及高度上的雨水强度各不相同。如下图示为距喷口1.4m和3.5m位置,不同距地高度上的雨水强度统计:呈周期性变化,雨水强度波动大,幅值可相差一倍。

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图6  x方向(车身方向)1.4m和3.5m面上的雨强统计结果


1 如下图示为距喷口1.4m距离,高度1.4m位置,沿车宽方向,雨水强度的试验与仿真结果:规律及幅值基本一致

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图7  x方向1.4m,高度为1.4米这条线上的雨强实验结果和分析结果对比


2 如下图示为距喷口1.4m距离,距地高度1.0~1.9m,沿车宽方向,雨水强度的试验与仿真结果:规律及幅值基本一致

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图8  截面雨强分布试验与仿真结果对比


3 如下图示距喷口1.4~3.5m距离,距地高度1.0~1.9m,沿车宽方向,雨水强度分布仿真结果。

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图9  不同截面上雨强分布云图


经试验及仿真分析,5x6喷嘴阵列可提供沿车身方向距喷口1.4m~1.9m,距地高度1.2m~1.4m空间区域内雨水强度指定及分布相对均匀的雨水环境,适用于空间区域范围需求较小场景。


4 据已知雨水强度分布及形态变换与喷嘴阵列的关系,换装优化后的喷嘴阵列5x20(喷嘴呈5行20列均匀布置,行距0.12m,列距0.1m)状态,重复上述方法,如下图所示距喷口2.0~3.5m距离,跟地高度1.0~1.9m,沿车宽方向,雨水强度分布结果。

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图10  不同截面上雨强分布云图


经试验及仿真分析,5x20喷嘴阵列可提供沿车身方向距喷口2.0m~3.5m,距地高度1.0m~1.9m空间区域内雨水强度指定及分布均匀的雨水环境。根据风洞实际可布置位置(后视镜距喷约2.5m)及关注区域(沿车身能覆盖引擎盖后段至B柱,约1m;沿车高能覆盖后段至车顶,约0.6m),适用于大部份常规车辆需求。

4. 案例分析

1 某车型市场反馈,大雨天气中速工况,侧窗视野区积水,严重影响驾驶员视野。企业通过环境风洞降雨环境完美复现,再风险评估高速工况(中速80km/h,高速120km/h、大雨-雨水强度35mm/min、雨水直径0.75~1.5mm)

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图11 试验状态侧窗雨水沾湿示意图


2 某城市公交,大雨天气,后视镜镜面积水,严重影响驾驶员视野(车速40km/h、大雨-雨水强度35mm/min、雨水直径0.75~1.5mm);通过优化后视镜造型及布置形式,显著降低了后视镜镜面沾湿面积占比(镜面雨水覆盖面积/总面积),如下图所示。

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图12  仿真优化前后,后视镜雨水沾湿示意图


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图13 上图仿真两个状态后视镜雨水沾湿(累积、实时检测)统计结果

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