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《3-4开口式汽车风洞喷口射流剪切层试验探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、3/4开口式汽车风洞喷口射流剪切层试验探究摘要：以1：15的3/4开口式整车模型风洞为研究平台，对此类风洞的喷口射流剪切层的流动结构展开研究，采用热线风速仪针对3种收集口角度和两种不同喷口速度的工况，对射流剪切层内的流场进行了瞬时速度的测量。通过对平均速度及速度脉动的分析，得到了各种工况下射流剪切层的结构特征、厚度发展特征及其中的脉动分布情况，明确了该风洞射流剪切层所特有的非定常流动结构。关键词：模型风洞；射流剪切层；试验中图分类号：U467.5+25文献标文献标志码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2012.06.
2、08整车风洞是汽车空气动力学研究不可缺少的试验设施。为了满足中国汽车工业的需要，包括全尺寸气动一声学风洞和热环境风洞的上海地面交通工具中心已于2009年9月落成并投入使用[1]O传统的航空风洞通常都是闭口式风洞，汽车风洞通常采用3/4开口式。该类风洞的特点是，气流会在喷口边缘处形成具有较大脉动量的射流剪切层。射流剪切层所围内部区域通常称为射流核心区，该处气流较均匀，具有较低的湍流度,是模型的测试区域。具有较大脉动量的射流剪切层撞到收集口后，部分气流以压缩波的形式从收集口上或两侧返回喷口，激发新的大涡旋产生，从而形成尖劈反馈效应，其它部分气流沿着收集口
3、进入扩散段。可见该处流动具有典型的非定常流动特性。一方面这些非定常现象不仅会对流场的品质有所影响，还是产生噪声的根源，另一方面由于涡间的互相转化造成能量大量损失。所以对试验段内非定常剪切层流场进行研究对于风洞本身性能的提高，能量的节省以及风机效率的高效使用都具有举足轻重的作用。通过以往的研究[2-5],对试验段内的定常流场品质有了较深入的了解。但对于试验段内气流的非定常流动特性还没完全掌握，因此需要深入研究。而激发这种非定常特性的根源在于喷口处的射流结构，因此首先要对喷口射流剪切层的流动结构进行深入的研究。1??试验设施及方法1.1??试验设备研究平
4、台为上海地面交通工具风洞中心1:15汽车模型风洞，具体结构如图1所示。模型风洞最大喷口风速为45?m/so喷口面积为433?mmX283?mm,试验段尺寸为l?517?mm（长）Xl?185?mm（宽）X818?mm（高）。基于热线风速仪的方便性及高分辨率，本文采用Dantec公司55R91型三维热线探头对模型风洞试验段内喷口射流剪切层内的流场进行了瞬时速度的测量。1.2??试验方法介绍以往的研究发现[2],在开口式风洞中，收集口的角度和喷口速度对流场品质的影响很大，收集口角度为15°时，试验段射流剪切层中的湍流度比较明显。为了更加详细地对比研究收集
5、口角度和喷口风速对剪切层的影响，选取3种收集口角度和U0=25?m/s,30?m/s这两种常用喷口风速共组成4种工况：工况1,U0=25?m/s,收集口3个盖板都为0°；工况2,U0=25?m/s,收集口上盖板为0°,两侧板为15°；工况3,U0=25?m/s,收集口3个板均为15°；工况4,U0=30?m/s,收集口3个板均为15°。参考以往的定常研究结果，确定了几个测量平面，具体如下。沿试验段长度方向（x方向）取7个测量面，分别为x=50?mm,150?mm,250?mm,350?mm,450?mm,550?mm,650?mmo沿试验段高度方向（
6、z方向）以距地面130?mm为零点，在试验段宽度中心面上（y二0?irnn）,沿z方向每隔5?mm向上取1个测量点。在x=50?mm,150?mm,250?mm?3处距喷口较近的位置，每处测点由z=0?mm至z=270?mm共54个。在x=350?mm,450?mm两处试验段中间位置，每处测点由z=0?mm至z=290?mm共58个。在x=550?mm,650?mm两处靠近收集口的位置，每处测点由z=O?mm至z=310?mm共62个。测点分布如图2所示。2???结果分析选取距喷口较近的x=50?mm,试验模型通常摆放位置x=350?mm及距喷口较远
7、的x=650?mm这3个具有代表性的沿流动方向的测量面进行分析。2.1速度分布将各测点所测得的沿x方向的瞬时速度进行平均，得到各测点在该方向的平均速度，计算公式如下。(i=l,2,…，N),式中：Ui?为某测点采样一次得到的x方向速度；N为釆样总次数；Umean为该测点的平均x方向速度。为了描述普适机理，对所得数据进行了无量纲处理［6］。横轴取当地平均速度与喷口处来流速度之比(Umean/UO),纵轴取测点所处高度与喷口高度之比(Z/Hnozzle)。其中U0为喷口风速,Hnozzle=283?mm0图3为x=50?mm处4种工况下的x方向速度随高度
8、变化的分布图。对比工况1和工况2得出U0?=25?m/s时，两种工况射流初始段速度随高度的变化基本相同。从z
