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原文传递汽车环境风洞车辆雨水管理实验场景研究

论文题名：	汽车环境风洞车辆雨水管理实验场景研究
关键词：	汽车空气动力学;车辆雨水管理;汽车环境风洞;雨场模拟仿真;数值仿真
摘要：	汽车环境风洞能够通过还原自然雨场环境，实现对车辆雨水管理问题的实验研究。但是随着车辆雨水管理研究的深入，越来越多的研究者发现现有汽车环境风洞雨水管理实验存在不足。在雨水管理实验中，由于汽车环境风洞喷雨装置限制，只能保证其喷雨量满足自然降雨强度要求，而对于所构建雨场中雨滴分布、雨滴运动速度以及雨滴尺寸大小并不能完整控制。而雨场环境上的差异可能会对汽车雨水管理结果产生影响，影响实验结果的可靠性。因此，为了分析环境风洞雨场环境对雨水管理实验结果的影响，并实现对于汽车环境风洞雨场的改良，本文对于汽车环境风洞雨水管理实验场景进行研究。　　依据短期降雨强度，本文将雨水管理问题所涉及的雨场分为小、中、大三个雨量等级。并通过对M-P雨滴谱函数及雨滴末速度公式的推导，完成自然雨场参数的确定。利用自然雨场参数，搭建了贴合自然雨场环境的雨水管理数值仿真模型，并结合简化模型及其实验数据验证模型可靠性。之后，利用实际环境风洞尺寸以及喷雨装置参数，完成对汽车环境风洞雨水管理实验场景的模拟。通过对两模型前风窗、侧窗水膜分布及其车身周围雨水分布的对比，详细分析了汽车环境风洞雨场环境对于雨水管理结果的影响。结果表明：汽车环境风洞下前风窗、侧窗水膜平均厚度均相较自然雨场下结果偏小，尤其是当处于较大雨量时结果差异更加明显。且相比侧窗表面水膜平均厚度，汽车前风窗表面水膜平均厚度同自然雨场下结果的差异更大，但是对于侧窗水膜囤积情况还原性很好，并结合车身周围雨水分布情况进行了分析。同时，为了进一步探究汽车环境风洞雨滴参数对雨水管理实验结果的影响，通过改变喷雨装置喷射出的雨滴的运动速度以及尺寸大小对雨水管理结果进行了分析。结果表明：环境风洞喷雨装置喷射出的雨滴粒子尺寸对雨水管理结果影响较小，粒子运动速度对结果影响较大。雨滴尺寸增加后，前风窗水膜平均厚度有所增长，但侧窗水膜平均厚度基本不变；而雨滴运动速度增加后，前风窗及侧窗表面水膜平均厚度均明显变小。因此优先保证实验时雨滴速度的一致。　　最后，在总结前文的基础上，提出了对汽车环境风洞雨水管理实验场景的改进措施。在改进喷雨装置喷嘴间距后，汽车环境风洞内雨场的均匀性得到改善。小、中、大雨量下，自拟评价指标（雨场平均偏移率）分别相比原始结果下降10.8%、55.9%、52.5%。在改进喷雨装置喷嘴轴向后，汽车前风窗及其侧窗表面水膜分布不变，而水膜平均厚度同自然雨场下结果的差距明显减小。小、中、大雨量下，侧窗水膜平均厚度的差距分别降低5.2%、3.5%、0.5%，前风窗水膜平均厚度的差距分别降低3.3%、9.9%、10.0%，且车身周围雨水分布更为合理。并通过对雨滴运动的分析，进一步对改良机理进行了研究。该研究为后续汽车环境风洞雨水管理实验提供了可供参考的思路和方法。
作者：	袁伟平
专业：	机械工程(车身工程)
导师：	张英朝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022