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环境模拟试验室之:高原风洞篇

环境模拟在线2018-06-19 13:53:35


随着汽车市场的全球化发展,各汽车厂商的产品在满足本国市场的同时,也在积极开拓海外市场。但是汽车在不同的地区行驶,会因地区环境差异产生各种问题。其中,由气压原因引起的动力性下降、油耗增加、排放恶化等问题尤为严重。为解决此类问题,汽车厂商需对新产品进行高原实地标定试验,此方法费时费力,汽车高原环境模拟试验室的出现,为各汽车厂商提供了解决此类问题的方法。


1汽车高原环境模拟试验室现状
    为了提升车辆性能和品牌竞争力,国外发达国家在20 世纪70 年代开始筹建汽车高原环境模拟试验室,如荷兰TNO公司的气候海拔环境模拟试验室、美国Ford 汽车公司的全天候汽车性能试验室和德国BMW 公司的高原环境模拟试验室。
    相对国外先进的汽车测试技术,汽车高原环境模拟试验室在国内还处于起步阶段,只有少数几家建成整车高原环境模拟试验室。下面与大家共同分享笔者在试验室建设过程中总结的一些经验。

2基本结构及功能
    汽车高原环境模拟试验室结构(见下图) 所示,各部分主要功能如下:
(1)外围壳体:主要作用为承担试验室内外压力差,一般采用混凝土(早期试验室)或钢结构制成。
(2)保温舱体:用于试验室保温,一般使用聚氨酯发泡板。
(3)压力模拟系统:用于模拟高原地区的低气压环境,由新风系统和尾气排出系统共同组成。
(4)温度模拟系统:用于试验室内的温度控制。
(5)湿度模拟系统:用于试验室内的湿度控制。
(6)迎面风机:模拟汽车在实际道路行驶过程中的空气流动,试验过程中需与车速保持一致。
(7)阳光模拟系统:模拟不同地区的光照强度,一般为600kW/m2 ~1200kW/m2 。
(8)循环风系统:均匀布置试验区域内的空气。
(9)安全控制系统:用于监测试验室内一氧化碳和碳氢化合物含量,避免人员伤亡。



3设计特点和注意事项
3.1 外围壳体
    从试验室结构来看,外围壳体是高原环境模拟试验室与普通环境模拟试验室的最大区别,此系统需承受不同海拔带来的压力差以保证设备的正常运行,故所选材料需具备强度高和弹性变形的双重特性。目前,外围壳体的主要材料多采用H型钢(下图为钢舱体模型)。
 


   外围壳体制作时需注意以下几项内容:
(1)使用有限元分析软件对设计方案进行静力计算,用以验证方案的合理性;
(2)试验室内会布置必要的管路和线路,需在外围壳体的相应位置开孔,开孔方式和密封方式必须进行特殊处理;
(3)外围壳体施工完成后必须进行保压测试(见图),用以检验外围壳体的强度和密封性是否满足使用要求;


(4)外围壳体(钢舱体)与保温舱体中间需留有一定空隙,并使用干空气持续吹扫,以带走保温舱板外侧的冷凝水,降低钢结构锈化腐蚀速率;
(5)试验室在使用时,外围壳体(钢舱体)会发生轻微形变,故外围壳体与建筑的连接位置最好不要采用硬性连接。

3.2 温度模拟系统

温度模拟系统主要包含制冷和加热两部分。加热一般使用电加热系统;制冷又分为直接制冷和间接制冷。试验室在模拟低温低湿、高温高湿环境时,使用直接制冷即可,此时一般选用两台压缩机。大负荷工况下,两台压缩机会同时工作,以加快实验室的降温速率;小负荷工况下,两台压缩机会交替工作,以延长设备的使用寿命。只采用直接制冷的试验室无法精确模拟低温高湿的环境,因为制冷剂在蒸发时会吸收周围空气的热量,降低周围空气温度(一般为6℃),导致空气中的含湿量下降。为实现试验室的全气候模拟,可在直接制冷系统的基础上配备一套间接制冷系统。使用间接制冷时,试验室内被冷却空气的热量是通过载冷剂(盐水或有机载冷剂)传给制冷剂的。由于载冷剂的热容量大,使被冷却对象的温度容易保持恒定。
     为保证试验室气流温度的均匀性,蒸发器内的电加热丝和制冷剂管路可分多路进行布置。
3.3 压力模拟系统
压力模拟主要通过与尾气排出系统相连接的罗茨风机来实现。罗茨风机可将试验室抽至负压状态。位于罗茨风机前后的压力传感器可检测试验室内外的压差,实现试验室的压力控制。
3.4 阳光模拟系统
阳光模拟系统照射强度一般为600W/m2 到1200W/m2 ,基本可以模拟所有状态下的阳光辐照。 阳光模拟系统适宜工作的温度范围为-10℃ ~60℃,其它温度可能会对系统有一定的影响。
4.5 其它注意事项
(1)尾气排出风机的风量应略大于新风风量;
(2)循环风系统的轴流风机一字排开,其宽度应尽量与试验室宽度保持一致;
(3)循环风处理系统下方可安装回风夹层,减小空气湍流产生的影响;
(4)罗茨风机前方应安装热交换器来降低尾气温度,避免对罗茨风机产生影响。


4、全球主要汽车高原环境模拟试验室技术参数



结束语

汽车高原环境模拟试验室作为汽车测试领域的一门高、精、尖技术,正在被汽车厂商日益重视。我国在该领域起步较晚,自主研发能力较弱,无法支撑高品质汽车产品的研发。因此,我国应加大该领域的研发力度,以缩短国内外汽车技术间的差距。


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