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汽车尾流速度测量的虚拟仪器系统-【新闻】移位器

发布时间:2021-04-20 12:28:21 阅读: 来源:储能机厂家

汽车尾流速度测量的虚拟仪器系统

[摘要] 汽车尾流结构对汽车空气动力特性具有决定性影响。为有效地进行汽车尾流速度测量进而搞清汽车尾流结构特性,在热线风速计基础上,针对传统测试仪器的弊端,引入虚拟仪器的概念,通过LabVIEW 编程,为汽车风洞开发了尾流速度测量虚拟仪器系统。使用该系统进行某国产轿车尾流速度测量试验,所得结果与先前进行的试验研究和数值计算结果均保持一致,证明了系统是有效的。

关键词: 热线风速计 汽车尾流 速度测量 虚拟仪器

2 前言

随着高速公路的蓬勃发展,汽车车速不断提高,汽车气动阻力对燃油消耗的影响日益凸现出来。气动阻力的85%是压差阻力,同时压差阻力92%来自汽车尾部;而汽车尾流结构对汽车空气动力特性具有决定性影响。为此,进行汽车尾流速度测量,搞清尾流结构进而改善汽车空气动力特性对开发低阻力汽车,降低汽车燃油消耗有重要意义[2]。

在进行尾流试验研究过程中,我们发现传统的测试仪器是功能固定且封装好的,专用于某项具体试验或任务,且价格昂贵。开发测试系统时,对设计人员的要求非常高:要求掌握测试仪器底层硬件知识,必须有广泛的计算机编程知识,并能编写硬件的驱动程序。从而导致了传统测试系统开发周期长、灵活性很差。为了缩短速度测试系统开发时间,并方便以后用户对其进行维护、扩展和升级,在热线风速计的基础上,我们引入虚拟仪器的概念,为汽车尾流速度测量开发出专用的虚拟仪器系统。

2 热线风速计

热线风速计的出现是流体力学试验技术进步的新突破。它使汽车空气动力学试验研究获得了研究非定常流特别是湍流的有力工具。尽管22 世纪62 年代出现了激光测速技术,试验研究发现测量湍流参量时,激光测速常因丢失粒子信号而导致测量结果不可靠[2],并且由于激光测速仪价格和维持费用昂贵,在湍流场研究的应用范围上远不如热线技术广泛。今后热线技术仍将是汽车湍流,特别是汽车尾流场速度测量的主要手段。

对不可压缩气流强迫对流传热而言,Nu 数仅与雷诺数和热线的物理和工作状态有关[3]。为了方便起见,用热线风速计测量风速U 时我们通常采用如下公式:

n 值随Re 的变化而变化,试验测得的指数n = 2.45~2.52。式中, Rw 、Rg 是热线工作电阻和气流电阻常数,I 是热线电流。系数A 和B 由试验确定。

在热线恒温工作时,热线的热电阻Rw =常数。因 IRw = e,故可把式改写成

式中, e 为与风速U 相对应的热线电路输出电压值。

3 虚拟仪器的概念

LabVIEW是一种图形化编程语言,利用功能图标来创建应用程序,也即创建虚拟仪器。虚拟仪器即是其操作和外观均仿照示波器或万用表等物理仪器并实现同样功能的程序软件。在基于文本语句的编程语言中指令语句决定了程序执行;在LabVIEW 中由数据流决定程序的执行,编程时根据数据流进行编程。

论文在LabVIEW 平台上开发了汽车尾流速度测量虚拟仪器系统,该系统包括测速校准和测速两个子系统。

4 热线测速校准子系统

汽车外流场属于不可压的连续流动,热线测速的静态校准方程的表达式采用式。在热线测速校准子系统中,我们将n 作为变量对待,因而也就不必用专门的线化器硬件来线性化热线的输出电压。我们直接通过软件编程来实现:连续变换n 的值进行不同的指数拟合,并用拟合曲线与试验数据之间的均方误差大小来判断拟合质量的优劣。这也体现了虚拟仪器的优越性:开发过程简便,节省时间和开支。

4.2 子系统硬件构成

热线测速校准子系统的硬件构成如图2,由图可知,硬件结构为两部分:一部分是热线风速计电路, 产生热线电路输出电压e;另一部分是皮托管部分,产生相应的压差的电信号Ep。

图2 热线测速校准子系统的硬件结构

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