A柱溢流问题研究-绵羊汽车生活记录

下雨时开车平淡会给人带来很大压力。正在这种景况下，雨水大概会消除水收拾修设，导致雨水流到车辆侧窗。这会要紧损害驾驶员的车门后视镜和横向交叉口处的视野。

汽车水收拾安排是一项很有挑拨性的做事，由于这平淡到安排阶段的后期技能实行测试。其它，古代的水收拾特点，如沟槽和渠道，会发作不良的外形和较差的噪声。正在安排周期的早期发掘水收拾题目，如A柱溢流，能够尽量削减水收拾特点的负面影响。是以需求对挡风玻璃水收拾实行数值模仿。

本文着重先容了A柱溢流模仿的最新发展。这蕴涵对捷豹轿车的验证咨询和操纵Exa-PowerFLOW实行数值模仿及风洞试验。将两种区别车速下的揣测结果与仿真结果实行对照。CFD结果被用于进一步咨询A柱溢流点的机制。这蕴涵详尽侦察A柱的滚动景况和对水收拾的影响。

正在当今的汽车开展中，氛围动力学安排首要合怀温室气体排放、燃料花消、热收拾、驾驶动力学和最大速率等目标。正在减阻降升力、气动声学和热防护等程序不消重的同时，车辆渡水时对视觉、可睹度、编制效用和美丽的影响也变得越来越紧张。这些题目也需求正在车辆开拓流程中加以酌量。比如，水淤积正在车窗、后视镜和车灯上会影响驾驶员的睹识。其它，和平干系编制（如制动编制）大概会受到积水的影响。要获取确切模仿结果，领略车辆的范围条款是异常需要的。平常来说，有两种机制会导致车辆混浊和车辆轮廓积水：本身混浊和外来混浊。

车轮正在湿润的道面上滚动会导致自污。道道上的液体因为轮胎施加的粘附力征求，当转动轮的离心力进步水和轮胎之间的粘附力时，水被切向甩到氛围中。氛围中的水滴被推送到汽车边缘的湍流流场中，然后撞击到汽车轮廓。其他车辆通过水洼会导致异污。按照液滴直径的区别，较小的液滴将趋势于尾随流线，而较大的液滴将因为其惯性而偏离此旅途。当这些液滴撞击下逛车辆的轮廓时，它们要么粘附，要么飞溅，然后决裂，再酿成液滴。如图1所示，粘附的液滴能够正在车辆轮廓上搬动或储蓄酿成水珠和液膜。车身轮廓水的运动是由边缘气流和重力发作的剪应力惹起的。

车辆混浊水准测试可正在与道道状态相当的特别试验跑道进步行。不过正在现实景况中无法充实独揽范围条款，比如侧风或地表和氛围中的水量。因而，最好正在风洞中对车辆混浊实行咨询，如此能够独揽开始流速和水量。这里先容的整个测验都是正在风洞中实行的，如图2所示。

为了咨询剪切应力和重力对水流正在a柱和侧窗上运动的影响，剖释了三种气流速率：80km/h、100km/h和120km/h。正在整个测验中，水荧光混淆物的体积流量维系恒定正在70ml/min。每个试验起码实行60s。正在衡量流程中，以每秒50帧的全高清分辩率（1920×1080）记实流体的运动。为了便于对A柱和侧窗上记实的液流运动实行定量剖释，界说了坐标系，如图3所示。其原点创立正在侧玻璃的左上角。横坐标轴与气流偏向平行；纵坐标与向下的气流笔直。

正在所提出的测验装备中，能够从两个方面来酌量液流和液膜的运动：第一个方面是咨询液体正在侧窗上的初始运动，以50hz的频率记实。按照它前面的每个时候的场所，能够推导出速率和加快率。正在测验中，进一步张望到，流体正在初始化阶段后抵达准稳态。

本文的第二个中心是准稳态水流的咨询。正在氛围流速为80km/h和水荧光混淆物体积流量为70ml/min的景况下，侧玻璃上的初始阶段和准稳态如图4所示。

图4 测验发轫（左上），2秒后初始化阶段（右上），10秒后初始化阶段（左下），20秒后准稳态（右下）

看待准稳态咨询，每个测验案例反复5次，以获取牢靠的液流旅途和式样统计。如图所示为80 km/h、100 km/h和120km/h的氛围流速和70 ml/min的准稳态水流的数字化几何机合。

图5 用70ml/min的水体积流量（灰色）和均匀值（玄色）描摹的5个后续测验的数字化准稳态轨迹

很显明，流速对A柱溢流场所没有影响。正在80公里/小时的较低速率下，能够看到水流以恒定的轨迹向下搬动，这注解重力和剪切应力之间的均衡。正在较高速率（100 km/h和120 km/h）下，剪切应力对水流的影响增大。跟着氛围速率的升高，A柱漩涡变得更为显明，沿着A柱，侧玻璃上的漩涡向后鞭策。

为了削减揣测本钱，仿真模仿操纵了一个范围“播种箱”。“播种箱”的入口大约正在车辆前围板前0.3m处，侧壁足够大，能够掩盖通盘后视镜尾迹和大约0.3m的前挡风玻璃。正在测验中，范围的出口被安顿正在测验中液流接触侧窗底部的后面。

该求解器假设水能够近似为薄膜层，由气-液界面和液-固界面上的剪切应力驱动。求解器还酌量了重力，重力被视为影响正在液膜上的体力。然后按照蕴涵上述轮廓和体积力正在内的动量均衡揣测速率。

正在数值模仿中，液膜采用程序特色，粘度为0.001帕秒，轮廓张力为0.0728 N/m，密度为1000 kg/m3。采选喷嘴场所、流量和喷射偏向与测验亲切。

正在实正在的a柱进步行液流数值模仿是一项很有挑拨性的做事。这是由于液流运动对气流的敏锐性异常高，需求高保真度的瞬态气流模仿。其它，如咱们的测验片面所示，薄膜抵达准稳态所需的时候标准很长。

当剪切力和重力之间的均衡被捣蛋时，薄膜厚度的细微蜕变（<0.1 mm）可导致液流轨迹的大蜕变。正在这些条款下，预测趋向的才干，如先前所示从80km/h到100km/h的液流轨迹蜕变，瑕瑜常紧张的。

物理时候3.5s时80km/h和100km/h的模仿结果如图7所示。这些结果注解，正在80km/h时，能够预测液流的根本趋向是向后下方滚动，正在100km/h时，能够预测液流的根本趋向是沿密封件滚动。

除了模仿A柱和侧玻璃上的液流运动外，数值模仿还能够深化领略张望到的动作发作的来因。为了便于商讨，将A柱溢出题目剖析为众个区域，并扼要描画了影响每个区域内薄膜滚动的首要氛围动力学景色：

A柱高尚动的大片面水来自挡风玻璃。水流被雨刷器或前风窗气流带到A柱槽。这能够从图8中的轮廓流线朝向A柱的方法看出。前围上的涡流正在挡风玻璃底部相近酿成一个静止区域，有助于排水。

图8 此图显示了80公里/小时（左）和100公里/小时（右）景况下的轮廓摩擦力和流线.A柱槽

A柱槽内的水首要向高尚至车顶上的水收拾通道，或向卑鄙至前围。液膜从A柱槽向上搬动或者向下搬动的场所取决于液膜动量、轮廓摩擦力、重力和由氛围激励的剪应力之间的均衡。液膜流入槽内会遗失良众动力，槽内的液膜搬动相当迂缓。这意味着咱们首要亲切的是氛围发作的轮廓摩擦（剪切应力）和影响正在液膜上的重力之间的力均衡。因为水的性子，咱们能够预计影响正在每1mm厚度的膜上的力为1N/m2。通过图8，咱们能够看到能够由轮廓摩擦力支柱的液膜沿着排水槽添加。

一朝水突破A柱台阶，它很大概来到侧窗。因为声学来因，A柱台阶与水流成角度，如此水流就能够附着正在A柱台阶上。如图9所示，该附加流发作一个剪切力，将液膜向上推到a柱上。

一朝液膜来到A柱轮廓，它就会进入一个较高的轮廓摩擦区域，从而加快薄膜正在A柱边缘的搬动。正在80 km/h和100km/h的景况下，能够看到高摩擦区域平行于图中的A柱台阶。正在穿过高剪切区域后，薄膜流沿着A柱轮廓辞别，酿成低轮廓摩擦区域。该区域内的液膜会因重力而消重，进初学缝并排出。然而，正在本咨询中的80km/h和100km/h两种景况下，溢流场所相近都有一个滚动机合，为该高度的薄膜供给了一个通向门缝的桥梁。正在图8左图中，能够看到这座桥梁正在a柱的一个赤色斑块上。

正在车门和A柱之间有一个间隙，为A柱供给了其它的樊篱。正在这个间隙中有一个相当大的滚动区域，重力或薄膜动量将带其穿过这个间隙。这就意味着除非有足够的溢流，不然进入该间隙的水将被排出。

车门密封件为液膜流到车辆侧窗供给了末了一道樊篱。液膜穿过车门密封件后，沿密封件后缘有一个小的辞别。这种辞别气泡有助于维系液膜沿密封滚动，纵然正在密封已被冲破也是这样。正在测验和数值试验中，都张望到水沿着该密封滚动。

液膜接触到侧玻璃并不料味着它势必会导致驾驶员的能睹度题目。比如，液膜沿着车门密封条滚动能够将防卫力疏散将到最低水准。正在100km/h和120km/h的试验中，水流过侧窗的上部，这不会影响到驾驶员的视野。需求合怀的是那些劝止驾驶员张望侧窗的80km/h的液流。侧窗液流的旅途受影响正在侧窗上的剪应力的影响。这意味着，对侧窗的变动会影响侧玻璃水沟的旅途。

图10能够看出80和100 km/h景况下轮廓摩擦强度的不同。100km/h的景况下，供给了一个异常大的向上的力，使它流到侧窗。这种向上的力来自A柱涡流。正在100公里/小时和120公里/小时的景况下，影响正在薄膜上的剪切力足以使液流固定正在侧玻璃密封件上，并远离驾驶员的视野。