小型车1：5模拟风洞试验室设计

I摘要本设计是在市场的需求下，通过对国内外现有的汽车风洞进行调研和分析，设计一座具有低湍流、可变湍流度、低噪声等特色的小型车1：5风洞实验室。在风洞的设计过程中，对其主要部件进行了详细的计算。风洞建成后，结合实验室内先进的测量手段，除了能满足模型的测压、测速、流态观测等教学外，还可以利用该风洞进行从事桥梁、环境污染等工业空气动力学研究工作。进行汽车研究，汽车风洞是必不可少的试验设备。汽车风洞建设对汽车空气动力学发展意义重大，没有汽车风洞，也不能很好推动整个国家的汽车工业向前发展。而汽车风洞的主要任务是正确模拟气流流经汽车车体表面的流态以获得准确的实验数据，实验数据的精确与否决定了汽车气动外形设计的成败。因此，汽车风洞实验能促进汽车空气动力学研究，进行汽车空气动力学研究将能够给我国带来巨大的燃油节省，具有非常大的经济效益和社会效益。关键词：1：5；小型车；风洞；低湍流；实验IIABSTRACTThisdesignisinthedemandofthemarket,Throughthedomesticandinternationalexistingautomobilewindtunnelresearchandanalysis,Designwithalowturbulence,variableturbulenceintensity,lownoisecharacteristicofsmallcars1:5windtunnellaboratory.Thedesignprocessinwindtunnel,Itsmainpartsmadedetailedcalculation.Windtunnelafterthecompletionofthe,Combiningtheindooradvancedmeasuringmethod,Besidescansatisfymodelofspeed,measurepressure,flowpatternobservationonteachingoutside,StillcanuseonthewindtunnelinBridges,environmentalpollutionandotherindustrialairdynamicsresearchwork。Forvehicleresearch，Carwindtunnelisanindispensabletestequipment。Carofautomotiveaerodynamicswindtunnelconstructiondevelopmentisofgreatsignificance，Nocarswindtunnel，Alsocan'tverywellputthenationalautomobileindustryofforwarddevelopment。Andcarwindtunnelisthemaintaskoftheairflowingthroughthebodyrightsimulationofthesurfaceflowpatterntogetaccurateexperimentaldata，Experimentaldataaccurateornotdecidedtheaerodynamicshapedesignofsuccessorfailure。So，Carinwindtunnelexperimentscanpromotetheairdynamicsresearch，Forautomotiveaerodynamicsresearchwillbeabletogiveourcountrytobringthehugefuelsavings，Hastheverybigeconomicbenefitandsocialbenefit。Keywords：1：5；Smallcar；Windtunnel；Lowturbulent；Experiment黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要.................................................................IAbstract..............................................................II第1章概述..........................................................11.1研究目的及意义..................................................11.2国内外研究现状..................................................11.3本课题设计研究内容、研究技术路线................................2第2章汽车风洞设计研究基础........................................42.1汽车风洞实验的目的..............................................42.2汽车风洞功能类型及设备..........................................42.3汽车风洞实验模型................................................72.4汽车风洞实验的准则与规范........................................82.5本课题采用的模型尺寸...........................................102.6本章小结......................................................11第3章1：5小型汽车风洞设计......................................123.1风洞的类型结构确定.............................................123.2风洞试验段几何参数的确定.......................................133.3扩压段.........................................................153.4拐角及其拐角导流片.............................................173.5迴流段.........................................................183.6稳定段及整流装置...............................................193.7收缩段.........................................................203.8风洞能量比、电机功率及风扇的确定...............................203.9风洞结构设计校核...............................................253.10本章小结......................................................26第4章计算机仿真风洞模型建立....................................274.1概述...........................................................274.2各部件建模.....................................................274.3模型总装图.....................................................384.4本章小结.......................................................39第5章结论.......................................................40参考文献..............................................................41致谢................................................................431第1章概述1.1研究目的及意义汽车作为人类交通工具，它的出现和发展给人类社会带来了无可估量的经济效益和社会效益。伴随着汽车日益走向成熟，汽车产品的开发、设计生产等相关领域的发展也日臻完善，并不断推陈出新，而这一切都与汽车的实验研究密不可分。随着汽车工业的发展，中国汽车工业走自主研发设计之路，迫切需要建立起自己的汽车风洞实验室，掌握和发展自己的汽车风洞实验技术。这样既可以节约开发成本，又可以快速完成风洞技术的发展和积累。同时也可以促进我国汽车空气动力学的研究。为人类、为社会、为中国汽车工业自主研发设计作贡献在当前形势下，国家提出了“节能减排”的政策，号召大力开展推动提高能源利用效率的科技创新。对于交通工具来说，改善汽车等交通工具的空气动力学特性，将是降低汽车燃油消耗，节省能源的重要方式。进行汽车研究，汽车风洞是必不可少的试验设备。汽车风洞建设对汽车空气动力学发展意义重大，没有汽车风洞，既不可能很好地设计出最优的汽车，也不能很好推动整个国家的汽车工业向前发展因此，此次研究就是为了设计模拟汽车风洞实验室设计，以最少的费用，最优化的方法对汽车风洞实验室设计。这主要从两方面考虑：一是经济角度出发；二是社会角度出发。首先从经济角度出发：达到节约成本，用最简单的方法去做最复杂的实验。降低了昂贵的费用。为企业创造了更好地经济效益。同时也促进了老百姓的买车能力。为整个社会经济腾飞作贡献。其次从社会角度出发：为了满足行业的需要、为了汽车工业的发展、为了科学研究技术作贡献。1.2国内外研究现状1、国外研究国外，汽车风洞建设较早。1939年，德国的斯图加特大学建立了第一座全尺寸汽车空气动力学试验的风洞。它的最高速度高达270km/h，可以进行高速赛车空气动力学的研究。随后，不少汽车企业和研究机构陆续开始建设汽车风洞。近年来，不断有新的专业汽车风洞落成，如Audi汽车公司风洞。汽车风洞建设初期，大量借鉴了航空空气动力学的研究经验和理论。航空空气动力学试验规定风洞试验的阻塞比（Blockageratio）：¢=A/AN。其中，A是试验模型的正投影面积，AN是风洞的喷口截面面积。虽然航空风洞规定风洞试验时,¢要小于20.05，但是现在的汽车风洞阻塞比已经越来越大，甚至有阻塞比达到0.2左右的汽车风洞。为了使汽车风洞试验结果更加精确，国外陆续有专业的汽车风洞装备地面效应模拟设备。现在几乎所有的汽车风洞都引入地面效应模拟设备，特别是移动带地面效应模拟系统。汽车风洞的建设，带来了汽车风洞试验技术的变革和创新。为了适应汽车气动噪声的研究，大量的汽车风洞经过改进以便能进行气动噪声试验，部分新建的汽车风洞直接就定位建设低噪声的汽车风洞。近年来，随着汽车风洞试验技术的提高，汽车风洞的试验设备也不断提高。这标志世界汽车研究又进入一个崭新的阶段。2、国内研究目前，我国汽车风洞建设较晚。2002年，吉林大学汽车风洞开工建设。2005年，同济大学上海地面交通工具风洞中心开工建设。现在，两座风洞的建设完成，标志着中国汽车研究进入一个新的阶段。在国内，虽然建设了国内专业的汽车风洞，但是在汽车风洞实验技术上还存在很多不足，国内还不能提供准确可靠的实验方法，制约了汽车技术的提升，不利于我国汽车工业的发展。为了我国汽车工业更好地发展，就必须对国内的汽车风洞实验设备进行充分掌握，改进试验设备，完善