本發(fā)明涉及車輛工程，具體涉及一種車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、特種車輛動(dòng)力艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊且具有不規(guī)則形狀，同時(shí)，由于風(fēng)扇葉輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，造成動(dòng)力艙內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)極為復(fù)雜。隨著特種車輛對動(dòng)力系統(tǒng)功率密度越來越高的要求，給冷卻系統(tǒng)的布置帶來了極大挑戰(zhàn)。由于裝機(jī)車輛冷卻風(fēng)道內(nèi)部與外界環(huán)境相對隔離，且內(nèi)部的溫度分布隨工況的不同呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，因此，對動(dòng)力艙冷卻風(fēng)道內(nèi)部流場的測量帶來一定困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場測量裝置及方法，能夠針對車輛冷卻風(fēng)道內(nèi)部不規(guī)則流動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行測試。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、一種車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試裝置，包括車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元及動(dòng)態(tài)流場測試單元，車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元通過對車輛運(yùn)行過程中的受力情況進(jìn)行分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電力測功機(jī)的加載力矩，模擬車輛時(shí)機(jī)運(yùn)行過程中動(dòng)力裝置所受的載荷；動(dòng)態(tài)流場試驗(yàn)測試單元包括激光發(fā)生器、光導(dǎo)臂、離子發(fā)生器、集流器、圖像采集器、進(jìn)氣百葉窗、散熱器、內(nèi)部流道、風(fēng)扇蝸殼以及排氣百葉窗；其中，集流器和粒子發(fā)生器安裝在進(jìn)氣百葉窗上方，冷卻風(fēng)與散熱器經(jīng)過熱交換后通過內(nèi)部流道流向風(fēng)扇蝸殼，在風(fēng)扇的作用下通過排氣百葉窗流向大氣；粒子發(fā)生器將示蹤粒子噴入集流器；激光發(fā)生器發(fā)出的激光通過光導(dǎo)臂投射到集流器，圖像采集器負(fù)責(zé)對集流器和風(fēng)扇蝸殼的內(nèi)部流場圖像進(jìn)行采集。

4、其中，電力測功機(jī)的加載力矩為：

5、

6、式中，tj為側(cè)供述所需輸出的力矩，tp為動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)力矩，mx為測功機(jī)需模擬的車輛行駛過程中所受的阻力距，jf為車輛當(dāng)量慣量，jm為測功機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

7、其中，所述車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元包括中央控制器、數(shù)采系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置、左電力測功機(jī)、左轉(zhuǎn)速扭矩傳感器、傳動(dòng)裝置、右轉(zhuǎn)速扭矩傳感器和右電力測功機(jī)；其中，中央控制器對各個(gè)部組件進(jìn)行指令發(fā)送；數(shù)采系統(tǒng)用于對各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將輸出上傳至中央控制器進(jìn)行存儲(chǔ)；進(jìn)氣系統(tǒng)連接進(jìn)氣流量計(jì)及進(jìn)氣空調(diào)系統(tǒng)；供油系統(tǒng)用于燃油供給，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過接收中央控制器發(fā)送的換擋指令完成換擋操作；左右電力測功機(jī)以扭矩的形式給傳動(dòng)裝置加載，模擬車輛實(shí)際運(yùn)行過程中作用在傳動(dòng)裝置上的負(fù)載；中央控制器依據(jù)實(shí)車運(yùn)行過程中的車速曲線，自動(dòng)調(diào)節(jié)油門開度，將檔位信息傳遞給換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模擬實(shí)車運(yùn)行過程中的車速及負(fù)載狀態(tài)。

8、其中，所述激光發(fā)生器包括第一激光發(fā)生器和第二激光發(fā)生器；所述光導(dǎo)臂包括第一光導(dǎo)臂和第二光導(dǎo)臂；所述圖像采集器包括第一圖像采集器和第二圖像采集器；

9、第一激光發(fā)生器發(fā)出的激光通過第一光導(dǎo)臂投射到集流器側(cè)面的透明玻璃處，第一圖像采集器負(fù)責(zé)對集流器的內(nèi)部流場圖像進(jìn)行采集；第二激光發(fā)生器發(fā)出的激光通過第二光導(dǎo)臂投射到對風(fēng)扇蝸殼的內(nèi)部，第二圖像采集器負(fù)責(zé)對風(fēng)扇蝸殼的內(nèi)部流場圖像進(jìn)行采集。

10、其中，在散熱器上方安裝有集流器，同時(shí)在集流器側(cè)面安裝透明玻璃作為觀察窗口；散熱器蝸殼前方及側(cè)面材料采用透明玻璃作為觀察窗口。

11、一種車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場測量方法，基于本發(fā)明所述裝置實(shí)現(xiàn)測量，包括如下步驟：

12、中央控制器根據(jù)試驗(yàn)大綱實(shí)現(xiàn)對電力測功機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩及油門開度的控制，同時(shí)對數(shù)采系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)極限存儲(chǔ)分析；當(dāng)試驗(yàn)工況確定后，中央控制器根據(jù)設(shè)置好的受力模型控制右左電力測功機(jī)對傳動(dòng)裝置施加作用力，模擬車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中傳動(dòng)裝置所受的負(fù)載；

13、當(dāng)整個(gè)動(dòng)力裝置處于穩(wěn)定狀態(tài)后，粒子發(fā)生器將示蹤粒子噴入集流器內(nèi)部，示蹤粒子在冷卻風(fēng)的帶動(dòng)下，依次流過集流器、進(jìn)氣百葉窗、散熱器、內(nèi)部流道、風(fēng)扇蝸殼后經(jīng)排氣百葉窗流入大氣當(dāng)中，第一激光發(fā)生器和第二激光發(fā)生器中發(fā)射出來的激光，經(jīng)過第一光導(dǎo)臂和第二光導(dǎo)臂后照在集流器與風(fēng)扇蝸殼內(nèi)部，利用持續(xù)時(shí)間極短的激光脈沖將示蹤粒子的流動(dòng)區(qū)域照亮，并利用第二采集器對示蹤粒子進(jìn)行拍攝，通過圖像處理得到集流器與風(fēng)扇蝸殼內(nèi)部的流場特性圖，進(jìn)而對冷卻風(fēng)道內(nèi)部的整個(gè)流場進(jìn)行分析處理。

14、其中，利用持續(xù)時(shí)間極短的激光脈沖照亮流道內(nèi)的示蹤粒子，所述示蹤粒子要求為：懸浮在流體中的粒子在觀察試驗(yàn)時(shí)間δtexp內(nèi)沉降的距離不超過一個(gè)粒子的直徑；

15、設(shè)粒子直徑為dp，密度為ρp，流體密度為ρf，粘度為νf，根據(jù)斯托克斯stokes定律，其沉降速度為υs

16、

17、示蹤粒子的直徑為

18、

19、有益效果：

20、1、本發(fā)明裝置探究特種車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場特性，匯總冷卻風(fēng)道內(nèi)部動(dòng)態(tài)流場進(jìn)行測試，動(dòng)態(tài)流場測試裝置不僅可以探尋動(dòng)力艙布置的合理性，而且對車輛冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有著重要的意義；本發(fā)明車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場測試裝置包括車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元及動(dòng)態(tài)流場測試單元，將動(dòng)態(tài)流場測試單元與車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元結(jié)合起來，測量冷卻風(fēng)道內(nèi)部的動(dòng)態(tài)流場，更符合實(shí)際運(yùn)行工況，增加測量的準(zhǔn)確性，對于探尋動(dòng)力艙布置的合理性及冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場優(yōu)化具有重要意義。

21、2、本發(fā)明裝置中，通過對冷卻系統(tǒng)內(nèi)部個(gè)別部件的改造，在進(jìn)氣百葉窗前增加集流器，并將集流器側(cè)面安裝透明玻璃，使得集流器內(nèi)部的流場可通過圖像采集器進(jìn)行采集；對冷卻風(fēng)扇蝸殼側(cè)面進(jìn)行改造，通過安裝透明玻璃使冷卻風(fēng)扇蝸殼內(nèi)部的流場可通過圖像采集器進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場的可視化測量。

22、3、本發(fā)明車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試方法，基于本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)，匯總冷卻風(fēng)道內(nèi)部動(dòng)態(tài)流場進(jìn)行測試，不僅可以探尋動(dòng)力艙布置的合理性，而且對車輛冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有著重要的意義；將動(dòng)態(tài)流場測試單元與車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元結(jié)合起來，測量冷卻風(fēng)道內(nèi)部的動(dòng)態(tài)流場，更符合實(shí)際運(yùn)行工況，增加測量的準(zhǔn)確性，對于探尋動(dòng)力艙布置的合理性及冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場優(yōu)化具有重要意義。

23、4、本發(fā)明車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試方法中，對冷卻系統(tǒng)內(nèi)部個(gè)別部件的改造，在進(jìn)氣百葉窗前增加集流器，并將集流器側(cè)面安裝透明玻璃，使得集流器內(nèi)部的流場可通過圖像采集器進(jìn)行采集；對冷卻風(fēng)扇蝸殼側(cè)面進(jìn)行改造，通過安裝透明玻璃使冷卻風(fēng)扇蝸殼內(nèi)部的流場可通過圖像采集器進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場的可視化測量。

技術(shù)特征：

1.一種車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試裝置，其特征在于，包括車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元及動(dòng)態(tài)流場測試單元，車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元通過對車輛運(yùn)行過程中的受力情況進(jìn)行分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電力測功機(jī)的加載力矩，模擬車輛時(shí)機(jī)運(yùn)行過程中動(dòng)力裝置所受的載荷；動(dòng)態(tài)流場試驗(yàn)測試單元包括激光發(fā)生器、光導(dǎo)臂、離子發(fā)生器(14)、集流器(15)、圖像采集器、進(jìn)氣百葉窗(17)、散熱器(18)、內(nèi)部流道(19)、風(fēng)扇蝸殼(20)以及排氣百葉窗(23)；其中，集流器(15)和粒子發(fā)生器(14)安裝在進(jìn)氣百葉窗(17)上方，冷卻風(fēng)與散熱器(18)經(jīng)過熱交換后通過內(nèi)部流道(19)流向風(fēng)扇蝸殼(21)，在風(fēng)扇的作用下通過排氣百葉窗(17)流向大氣；粒子發(fā)生器(14)將示蹤粒子噴入集流器(15)；激光發(fā)生器發(fā)出的激光通過光導(dǎo)臂投射到集流器(15)，圖像采集器負(fù)責(zé)對集流器(15)和風(fēng)扇蝸殼(21)的內(nèi)部流場圖像進(jìn)行采集。

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電力測功機(jī)的加載力矩為：

3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元包括中央控制器(1)、數(shù)采系統(tǒng)(2)、進(jìn)氣系統(tǒng)(3)、供油系統(tǒng)(4)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)、動(dòng)力裝置(6)、左電力測功機(jī)(7)、左轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(8)、傳動(dòng)裝置(9)、右轉(zhuǎn)速扭矩傳感器(10)和右電力測功機(jī)(11)；其中，中央控制器(1)對各個(gè)部組件進(jìn)行指令發(fā)送；數(shù)采系統(tǒng)(2)用于對各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將輸出上傳至中央控制器(1)進(jìn)行存儲(chǔ)；進(jìn)氣系統(tǒng)(3)連接進(jìn)氣流量計(jì)及進(jìn)氣空調(diào)系統(tǒng)；供油系統(tǒng)(4)用于燃油供給，換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)通過接收中央控制器(1)發(fā)送的換擋指令完成換擋操作；左右電力測功機(jī)以扭矩的形式給傳動(dòng)裝置(9)加載，模擬車輛實(shí)際運(yùn)行過程中作用在傳動(dòng)裝置(9)上的負(fù)載；中央控制器(1)依據(jù)實(shí)車運(yùn)行過程中的車速曲線，自動(dòng)調(diào)節(jié)油門開度，將檔位信息傳遞給換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)，模擬實(shí)車運(yùn)行過程中的車速及負(fù)載狀態(tài)。

4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述激光發(fā)生器包括第一激光發(fā)生器(12)和第二激光發(fā)生器(22)；所述光導(dǎo)臂包括第一光導(dǎo)臂(13)和第二光導(dǎo)臂(21)；所述圖像采集器包括第一圖像采集器(16)和第二圖像采集器(24)；

5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，在散熱器(18)上方安裝有集流器(15)，同時(shí)在集流器側(cè)面安裝透明玻璃作為觀察窗口；散熱器蝸殼前方及側(cè)面材料采用透明玻璃作為觀察窗口。

6.一種車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場測量方法，其特征在于，基于如權(quán)利要求4所述裝置實(shí)現(xiàn)測量，包括如下步驟：

7.如權(quán)利要求6所述的測量方法，其特征在于，利用持續(xù)時(shí)間極短的激光脈沖照亮流道內(nèi)的示蹤粒子，所述示蹤粒子要求為：懸浮在流體中的粒子在觀察試驗(yàn)時(shí)間δtexp內(nèi)沉降的距離不超過一個(gè)粒子的直徑；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及車輛工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛冷卻風(fēng)道動(dòng)態(tài)流場測試裝置及方法，能夠針對車輛冷卻風(fēng)道內(nèi)部不規(guī)則流動(dòng)氣體運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行測試，探究特種車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場特性，匯總冷卻風(fēng)道內(nèi)部動(dòng)態(tài)流場進(jìn)行測試，動(dòng)態(tài)流場測試裝置不僅可以探尋動(dòng)力艙布置的合理性，而且對車輛冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也有著重要的意義；本發(fā)明車輛冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場測試裝置包括車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元及動(dòng)態(tài)流場測試單元，將動(dòng)態(tài)流場測試單元與車輛動(dòng)力系統(tǒng)加載單元結(jié)合起來，測量冷卻風(fēng)道內(nèi)部的動(dòng)態(tài)流場，更符合實(shí)際運(yùn)行工況，增加測量的準(zhǔn)確性，對于探尋動(dòng)力艙布置的合理性及冷卻系統(tǒng)內(nèi)部流場優(yōu)化具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：馬澤東,李欣,隗立國,譚洪偉,劉建峰,曾志遠(yuǎn),譚碧同,張杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國北方車輛研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21