楊 坦，劉 斌,周西好,石利軍，王 超

汽車后視鏡雨眉導(dǎo)流槽空氣流動(dòng)特性分析

楊 坦，劉 斌,周西好,石利軍，王 超

以73×23型導(dǎo)流槽為基礎(chǔ)模型,運(yùn)用了汽車后視鏡雨眉荷載計(jì)算技術(shù)、導(dǎo)流槽優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),從而詳細(xì)描述了導(dǎo)流槽空氣流動(dòng)特性,選取濕空氣密度、導(dǎo)流槽入口斷面面積、導(dǎo)流槽入口斷面質(zhì)量流量、雨眉所受荷載作為4個(gè)可能影響導(dǎo)流槽空氣流動(dòng)的參數(shù),應(yīng)用“漸縮型噴管”系統(tǒng)特點(diǎn),對(duì)73×23型導(dǎo)流槽出口壓力與背壓的比值進(jìn)行數(shù)值求解；查空氣熱力性質(zhì)表,選取等熵指數(shù)K=1.40,對(duì)漸縮型噴管出口截面面積進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出結(jié)論是：選用漸縮型噴管設(shè)計(jì)樣式的導(dǎo)流槽；導(dǎo)流槽末端出口斷面面積與噴管出口斷面面積相等,斷面高2mm,長(zhǎng)度為78mm。將噴管出口高速氣流在狹縫處進(jìn)行匯總,形成高速氣幕,起到阻隔雨水降落至后視鏡的作用。

后視鏡；遮雨效果；73×23型導(dǎo)流槽；漸縮型噴管

目前我國(guó)汽車生產(chǎn)企業(yè)沒(méi)有對(duì)汽車后視鏡雨眉系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)詳細(xì)研究,市場(chǎng)上僅有5家汽車配件廠家進(jìn)行了一定程度的設(shè)計(jì)和優(yōu)化,且主要從雨眉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改造,通過(guò)調(diào)整雨眉的長(zhǎng)度及安裝角度來(lái)解決雨水落入汽車后視鏡的問(wèn)題。這些工作對(duì)防止小雨天氣雨水落入的問(wèn)題起到了一定的作用,但是對(duì)防止大雨天氣下雨水落入后視鏡的問(wèn)題并沒(méi)有明顯的效果。

JSYM73×23型導(dǎo)流槽樣式汽車后視鏡雨眉系統(tǒng),在原有汽車后視鏡雨眉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了導(dǎo)流槽,根據(jù)“漸縮型噴管”系統(tǒng)的特點(diǎn),對(duì)導(dǎo)流槽進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在車輛行駛過(guò)程中產(chǎn)生高速空氣流,對(duì)下墜的雨滴起到清理作用,可以很好地防止雨滴落入汽車后視鏡。

1 數(shù)值模型與計(jì)算

1.1 數(shù)值模型的建立

為清楚了解汽車后視鏡雨眉導(dǎo)流槽空氣流動(dòng)參數(shù),選取了我們?cè)O(shè)計(jì)的73×23型導(dǎo)流槽為基礎(chǔ)模型,該導(dǎo)流槽導(dǎo)流槽由5個(gè)矩形導(dǎo)流孔組成,導(dǎo)流孔1和導(dǎo)流孔5長(zhǎng)21.5mm,導(dǎo)流孔2、3、4長(zhǎng)22.5mm,寬度均為6mm。

圖1 汽車后視鏡雨眉系統(tǒng)示意圖

1.2 數(shù)值參數(shù)的計(jì)算

為了分析汽車后視鏡雨眉導(dǎo)流槽空氣流動(dòng),運(yùn)用了汽車后視鏡雨眉荷載計(jì)算技術(shù)、導(dǎo)流槽優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),計(jì)算過(guò)程綱要：首先查相對(duì)濕度與干、濕球溫度的關(guān)系曲線圖,得到空氣相對(duì)濕度φ=60%,根據(jù)道爾頓分壓定律及氣態(tài)方程,推導(dǎo)出濕空氣密度ρw；然后根據(jù)導(dǎo)流槽的相關(guān)數(shù)值尺寸計(jì)算得出導(dǎo)流槽入口斷面的面積a1；緊接著根據(jù)噴管質(zhì)量流量的計(jì)算公式,計(jì)算得出導(dǎo)流槽噴管質(zhì)量流量qm；然后以車輛為參考對(duì)象,雨眉速度cf0=0,空氣流速cf1=60km/h=16.67m/s,根據(jù)動(dòng)量守恒計(jì)算出雨眉受力f。

1.3 數(shù)值分析方法及討論

將“漸縮型噴管”方法運(yùn)用到數(shù)值分析當(dāng)中,從而分析得出漸縮型噴管是否適用于導(dǎo)流槽的設(shè)計(jì)樣式,并且得出所選用的73×23型導(dǎo)流槽可以將噴管出口高速氣流在狹縫處進(jìn)行匯總,形成高速氣幕,起到阻隔雨水降落至后視鏡的作用。我們運(yùn)用到了導(dǎo)流槽噴管出口壓力p2等于背壓pB,背壓與入口壓力之比,按照背壓和入口壓力之比選用噴管類型；并且背壓與入口壓力之比為0.528。

通過(guò)了解噴管的工作原理：噴管是通過(guò)改變流體流動(dòng)通道的截面積,達(dá)到改變流體速度和壓力的效果,來(lái)輔助我們實(shí)現(xiàn)流體指標(biāo),而通過(guò)牛頓第三定律我們知道力的作用是相互的,噴管中噴管截面處出口壓力和反作用力相等,而那個(gè)反作用力我們就叫做背壓。所以兩者相等,即得出結(jié)論導(dǎo)流槽為充分利用壓降,應(yīng)使導(dǎo)流槽噴管出口壓力p2等于背壓pB,.

2 數(shù)值參數(shù)計(jì)算研究

查相對(duì)濕度與干、濕球溫度的關(guān)系曲線圖,得到空氣相對(duì)濕度φ=60%,根據(jù)道爾頓分壓定律及氣態(tài)方程,推導(dǎo)出濕空氣密度為：

(1)

式中：ρw為濕空氣密度,kg/m3；p為常年大氣壓,Mpa；T為計(jì)算溫度,K；φ為空氣相對(duì)濕度,pb為飽和水蒸氣壓力,Mpa。

表1 不同溫度下飽和水蒸汽壓力

通過(guò)計(jì)算得到濕空氣密度為ρw=0.0001kg/m3;導(dǎo)流槽斷面積A1=6.63×10-4m2;導(dǎo)流槽入口斷面質(zhì)量流量qm=1.216×10-5kg/s;雨眉受力為：f=2.206N。

3 數(shù)據(jù)分析結(jié)論

導(dǎo)流槽是汽車后視鏡雨眉空氣氣流加速管道,是一種噴管裝置。可以利用空氣氣流流經(jīng)導(dǎo)流槽前后壓降使氣流加速,從而使雨滴降落軌跡發(fā)生偏離,起到防止雨滴落至后視鏡表面的作用。

3.1 導(dǎo)流槽噴管選型

導(dǎo)流槽噴管入口指向車輛行駛方向,車輛行駛時(shí)空氣流施加在導(dǎo)流槽上的壓力為：Δp=3.056×10-3MPa導(dǎo)流槽噴管入口壓力為：p1=1.043×10-1MPa。

為充分利用壓降,應(yīng)使導(dǎo)流槽噴管出口壓力p2等于背壓pB,背壓與入口壓力之比為0.528,按照背壓和入口壓力比值數(shù)值選用噴管類型,故選用漸縮型噴管。

3.2 導(dǎo)流槽噴管出口截面分析

查空氣熱力性質(zhì)表,κ=1.40,漸縮型噴管出口截面面積計(jì)算公式(2)如下：

(2)

式中：A2為導(dǎo)流槽噴管出口截面面積,m2；qm為導(dǎo)流槽噴管質(zhì)量流量,kg/s；κ為等熵指數(shù),取κ=1.40；p2為導(dǎo)流槽噴管出口壓力,MPa；p1為導(dǎo)流槽噴管入口壓力,MPa；cf1為導(dǎo)流槽噴管入口氣流流速,m/s.計(jì)算得：A2=156mm2導(dǎo)流槽末端出口斷面面積與噴管出口斷面面積相等,斷面高2mm,長(zhǎng)度為78mm。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)73×23型導(dǎo)流槽出口壓力與背壓的比值進(jìn)行數(shù)值求解；車輛行駛時(shí)空氣流施加在導(dǎo)流槽上的壓力Δp=3.056×10-3MPa,導(dǎo)流槽噴管入口壓力為：p1=1.043×10-1MPa,根據(jù)背壓和出口壓力之比選取漸縮型噴管樣式,同時(shí)對(duì)漸縮型噴管出口截面面積進(jìn)行數(shù)值計(jì)算得知,導(dǎo)流槽末端出口斷面面積與噴管出口斷面面積相等,斷面高2mm,長(zhǎng)度為78mm,因此可將噴管出口高速氣流在狹縫處進(jìn)行匯總,形成高速氣幕,起到阻隔雨水降落至后視鏡的作用。

[1] 袁志群.汽車后視鏡氣動(dòng)干涉阻力特性的數(shù)值計(jì)算研究[J].湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010(5):22-25.

[2] 劉俊杰.雨滴下落收尾速度的一般討論[J].物理與工程,2010(2):17-20.

[3] 仉家政.汽車后視鏡壓電自動(dòng)除雨系統(tǒng)的分析與研究[D].吉林:吉林大學(xué),2012.

[4] 張麥輝.安徽省最大風(fēng)速時(shí)空分布不均勻性分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)2014(26):266-271.

[5] 丁峰.安徽省降雨量時(shí)空特性分析[J].安徽水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2007(12):7-11.

[6] 劉恒偉.實(shí)際氣體噴管喉部尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].工程熱物理學(xué)報(bào),2006(12)：862-867.

[7] 陳楓,李啟良,楊志剛.普通后視鏡空氣動(dòng)力阻力數(shù)值分析[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2009(12)：463-467.

責(zé)任編輯：劉海濤

On Air Flow Characteristics of Car Rearview Mirror Eyebrow's Diversion Tank

YangTan, Liu Bin, Zhou Xihao, Shi Lijun, Wang Chao, Ding Qingyun

By way of car rearview mirror rain eyebrow load calculation techniques and diversion channel optimized design technology with a groove-based model by 73 × 23 type diversion, the article describes in detail the diversion channel air flow characteristics, select the wet density, apply "tapered type nozzle" system as a means of diversion ratio of 73 × 23-type slot outlet pressure and back pressure numerically solving, check air thermodynamic properties table, and select the isentropic index = 1.40 based on the tapered nozzle exit cross-sectional area of numerical calculations. Data calculation and analysis is concluded that by using tapered type nozzle design style guide groove with the equal area of diversion channel cross-sectional area of the outlet end and the nozzle outlet section, section high 2mm, a length of 78mm, the nozzle exit speed airflow summarizes in the slit, forming high-speed air curtain and blocking the rain falling to play the role of the rearview mirror.

rearview mirror; storm effects; 73 × 23-type guide groove; tapered type nozzle

U461.1

A

1673-1794(2017)02-0301-02

楊坦，石利軍，王超，安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院教師，碩士(合肥 23008)；劉斌，中石化寧波工程有限公司(浙江 寧波 315103)；周西好，深圳瑞和建筑裝飾股份有限公司(廣東 深圳 518001)。

安徽新華學(xué)院2014年度國(guó)家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201412216030)；安徽新華學(xué)院2016年度科研團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2016td012)

2016-04-02