什么是熱力學(xué)風(fēng)洞

我們生活的地球有著復(fù)雜多變的氣候現(xiàn)象。從汽車工程師的角度來(lái)看，不斷變化甚至極端的氣候給新車的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了許多不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題。如果有一個(gè)能夠模擬地球上各種氣候的裝置，將為新車研發(fā)節(jié)省大量路試時(shí)間。近日，由上海泛亞汽車技術(shù)中心總投資1.8億元建設(shè)的熱力風(fēng)洞正式投入使用，就是為了幫助工程師解決這個(gè)問(wèn)題。

新車在開(kāi)發(fā)階段，必須考慮其可能遇到的各種氣候現(xiàn)象，因此需要將車輛放在相應(yīng)的地方進(jìn)行可靠性測(cè)試，但這意味著要看天氣吃飯。我們需要的氣候條件往往不是人的意志所轉(zhuǎn)移的，所以我們可以通過(guò)建立一個(gè)類似地球的小環(huán)境來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中車輛可能遇到的各種天氣情況，而這個(gè)人造地球環(huán)境就是所謂的熱力學(xué)風(fēng)洞。

●與空氣動(dòng)風(fēng)洞的區(qū)別

相信很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)風(fēng)洞。根據(jù)試驗(yàn)對(duì)象和用途的不同，風(fēng)洞有很多種。最常見(jiàn)的是動(dòng)態(tài)風(fēng)洞，主要用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化飛機(jī)、導(dǎo)彈和航天器的外形。在動(dòng)態(tài)風(fēng)洞中，可以模擬這些物體在高速運(yùn)動(dòng)下的可能狀態(tài)。

對(duì)于汽車廠商來(lái)說(shuō)，空氣動(dòng)風(fēng)洞對(duì)于車身造型的發(fā)展也有著重要的作用，尤其是對(duì)于一些超跑廠商來(lái)說(shuō)。通常工程師會(huì)先制作一個(gè)1:1的汽車污泥模型，然后在風(fēng)洞中進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)風(fēng)洞中產(chǎn)生的強(qiáng)大氣流吹過(guò)車身表面，我們可以觀察氣流是否符合設(shè)計(jì)要求，然后修改細(xì)節(jié)，使風(fēng)阻系數(shù)符合要求。

當(dāng)然，建造一個(gè)能夠契合1: 1汽車模型規(guī)模的風(fēng)洞的價(jià)格也是不菲的，往往會(huì)達(dá)到上億美元甚至更多，每次風(fēng)洞試驗(yàn)的成本也是相當(dāng)大的。

熱力學(xué)風(fēng)洞是另一個(gè)術(shù)語(yǔ)。其主要目的是模擬車輛在實(shí)際情況下遇到的各種路況和氣候變化。它可以模擬雨雪天氣、不同的濕度和溫度環(huán)境等。但是，空氣動(dòng)風(fēng)洞不需要這些，只需要吹風(fēng)，這是它們最大的區(qū)別。

●風(fēng)機(jī)重40噸，最大風(fēng)速250 km/h。

該熱力風(fēng)洞位于上海泛亞汽車技術(shù)中心。建筑內(nèi)設(shè)有主試驗(yàn)艙、預(yù)試驗(yàn)艙、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、冷熱系統(tǒng)、底盤(pán)測(cè)功機(jī)、日照模擬/雨雪模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

風(fēng)洞的核心部件風(fēng)扇的重量為40噸，最大轉(zhuǎn)速為708轉(zhuǎn)/分。雖然轉(zhuǎn)速不高，但由于風(fēng)機(jī)直徑為3.6米，加上全速風(fēng)洞的設(shè)計(jì)，可以在出風(fēng)口產(chǎn)生250公里/小時(shí)的風(fēng)速，此時(shí)電機(jī)功率為1500千瓦。

為了產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)可控的風(fēng)，風(fēng)道的設(shè)計(jì)相當(dāng)講究。從側(cè)面看，整個(gè)風(fēng)道采用“背部”結(jié)構(gòu)，重量為70噸。這種垂直布置使風(fēng)道的上下落差達(dá)到9米。位于大樓三樓的風(fēng)扇吹出的風(fēng)將通過(guò)一條長(zhǎng)風(fēng)道到達(dá)位于一樓的風(fēng)道的膨脹段。它的主要功能是緩沖和整流這里的氣流，然后通過(guò)收縮段從一個(gè)7平方米的出風(fēng)口快速吹向主試驗(yàn)艙。

風(fēng)扇到出風(fēng)口有很長(zhǎng)的距離，所以當(dāng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，出風(fēng)口的風(fēng)速必然會(huì)延遲，但這個(gè)延遲控制在5秒以內(nèi)。出風(fēng)口的面積是7平方米，其實(shí)可以縮小到5平方米。通過(guò)調(diào)節(jié)出風(fēng)口的面積，風(fēng)道內(nèi)的最大風(fēng)速可以立即從200km/h提升到250 km/h，風(fēng)道設(shè)計(jì)的這種“斤斤計(jì)較”保證了所有測(cè)試都更接近或等于真實(shí)情況。

熱力學(xué)風(fēng)洞對(duì)車型開(kāi)發(fā)的意義

●主測(cè)試艙可模擬-40至60攝氏度的氣候環(huán)境，實(shí)現(xiàn)雨雪天氣條件。

主艙用于放置試驗(yàn)車輛，地面安裝底盤(pán)測(cè)功機(jī)。它可以在不停車的情況下驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)可以模擬不同摩擦系數(shù)的路面對(duì)車輛造成的路面載荷，可以實(shí)現(xiàn)車輛在試驗(yàn)艙內(nèi)的真實(shí)行駛狀態(tài)。

這個(gè)熱力學(xué)風(fēng)洞有2000多個(gè)通道，每個(gè)通道都是一個(gè)信息數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的收集、測(cè)量和分析，可以更加敏銳、細(xì)致地捕捉車輛在各種工況下的反饋情況，幫助技術(shù)人員更準(zhǔn)確地找到問(wèn)題的癥結(jié)所在。

全文摘要:

可以大膽想象，如果我們掌握史前氣候數(shù)據(jù)，輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)熱力學(xué)風(fēng)洞進(jìn)行模擬，然后看看現(xiàn)代工業(yè)文明的產(chǎn)物汽車是否適合在恐龍統(tǒng)治的侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)時(shí)代使用，但這只是我們的想象和一廂情愿。通過(guò)熱力風(fēng)洞，可以再現(xiàn)世界各地不同的氣候條件，足不出戶就可以模擬車輛?？v觀全球知名汽車企業(yè)，熱力風(fēng)洞已成為不可或缺的現(xiàn)代化研發(fā)設(shè)備，真正體現(xiàn)了汽車企業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)上的實(shí)力。