1 数值计算
数值仿真计算是一种有效便利的辅助方法，根据流体力学的基本方程，在计算机上仿真模拟风洞实验过程，并显示模拟的结
果[9,10,11] 。首先基于上海地面交通工具风洞中心1:15模型风洞建立数值模型，选取收缩段、试验段、扩散段三个主要部分建立几何模型，同时为了防止计算域出口处产生回流，在原出口位置后面增加了延伸段，同时参照模型风洞，在试验段前端设置压力平衡口，来平衡内外大气压。风洞计算仿真所使用的简化数值计算域模型如图1所示，喷口出口截面尺寸为434mm×283mm，驻室尺寸为1517mm（长）×1185mm（宽）×818mm（高）。综合考虑本次数值仿真模型的特点，选择四边形/六面体网格进行计算。避免近壁面处受到边界层效应的影响，在整个风洞壁面建立边界层网格，空风洞模型体网格总数约为533万。采用基于RANS方程框架中的可实现
根据汽车风洞实际使用情况和模型风洞的气流稳定性，喷口的来流风速工况最大速度选择40m/s，最小速度选择10m/s，速度梯度为5m/s，共7个速度工况。具体工况设置如表1所示，入口与喷口之间为收缩段，收缩比例为1:6，所以为了保证喷口速度，根据连续性方程在入口处设置相应的速度。计算先选用较为容易收敛的一阶迎风格式得到初值，后选用精度较高的二阶迎风格式计算，待残差收敛到1
0-5 以下，同时计算域中观测点的速度值不再变化时，认为计算收敛。2 试验方法
2.1 工况设置
为了探究不同阻塞比对喷口法和驻室法测速的影响，就不同模型和同一模型不同位置两种情况进行试验，收集口角度选择15°，试验工况一共49种，如表2所示。为了保证试验的可重复性，相同喷口风速工况保持风机功率一致。在采集数据的过程中，为了确保试验数据具有统计意义，采样时间取8s，待数据稳定，无较大波动时，认为采集的数据有效。试验重复三次，取平均值作为最终结果。
2.2 PIV法测参考点风速
一般认为距离车前驻点150mm处为真实来流风速，因此选取喷口出口截面中线距离地面50mm的点的风速作为参考风速与喷口法和驻室法算得的风速进行比较。如下表3为利用PIV技术测量49种工况得到的参考点风速。
表3 利用PIV测量技术所得各工况参考点风速（m·s-1）
Tab.3 Reference point wind speed for each working condition obtained by PIV technology（m·
s- 1）模型阻塞比 模型前端与喷口截面的距离 10 15 20 25 30 35 40 3% 150mm 10.045 15.002 19.727 25.174 30.650 35.072 40.543 5.6% 150mm 10.030 14.960 19.621 25.012 29.310 34.239 39.237 8% 150mm 9.659 14.799 19.411 24.976 28.969 33.816 38.560 10% 100mm 9.114 13.812 18.283 22.734 26.975 31.225 36.156 10% 150mm 9.386 14.496 19.101 24.998 28.854 33.314 38.103 10% 200mm 10.410 14.728 19.852 24.550 29.390 34.560 39.584 10% 250mm 10.250 14.986 20.067 25.176 30.066 35.203 40.365 2.3 测点布置
喷口法的定义是通过测量收缩段入口端与喷口端内壁之间的静压差作为动压计算喷口速度；而驻室法的定义是通过收缩段入口端与喷口端外壁之间的静压差作为动压计算喷口速度。首先设置收缩段入口位置的测压点
其中，喷口法在收缩段出口处的喷口内侧设置一组静压孔，记作
根据伯努利方程
有
试验室常温常压，室内无明显环境风速，根据模型风洞收缩比有
m3 ，于是化简得根据整车风洞实际测点位置，按同比例缩放后，试验选用和数值仿真模型位置一致的测点位置。收缩段入口测点
3 结果分析
将测量得到的压力值代入公式（3），得到喷口法和驻室法的测量风速
对
（a） 工况1
（b） 工况2
（c） 工况3
图3 喷口法与驻室法测量绝对误差值随不同变量变化曲线图
Fig.3 The changes of measuring absolute errors of nozzle method and plenum method as different variants
分析可得：
（1）无论什么情况，通过驻室法测量得到的风速误差值均大于喷口法；
（2）其他变量固定时，误差值会随喷口风速的增加而增加；
（3）对于一定的喷口风速，误差值会随Ahmed body阻塞比的增加或模型前端面距喷口截面距离的减小而增加。
3.1 二次修正后喷口法与驻室法误差比较
空风洞修正是初步修正，它一定程度上修正了空风洞自身对测量结果误差的影响，为了再进一步减小误差，需进行第二次修正，仿照空风洞修正方法，运用MATLAB拟合出有模型情况下两种方法修正系数关于参考点风速的函数。此次修正主要减小不同阻塞比对测量结果造成的误差。
首先，对阻塞比为10%，距喷口出口截面150mm的Ahmed body进行二次修正，得到一系列修正系数，然后用这些修正系数对阻塞比为3%、5.6%和8%的结果进行修正，对比同一系列修正系数修正后的不同阻塞比测试结果误差值的变化量，对两种喷口测量方法进行对比，探究喷口法和驻室法测量误差对阻塞比影响的敏感程度，不太敏感的喷口风速测量方法更容易得到修正，其修正系数适用范围更大。
经二次修正后得到喷口法和驻室法风速
然后将两次修正后的误差相减，得到误差减小量
于是，每种阻塞比工况都得到了喷口法和驻室法经修正后的误差减小量，最后将阻塞比为3%、5.6%和8%工况下的误差减小量
（a） 阻塞比3%
（b） 阻塞比5.6%
（c） 阻塞比8%
图4 不同阻塞比与10%阻塞比工况的Δ
δ1 、Δδ2 差值曲线图Fig.4 The difference of Δ
δ1 、Δδ2 between other different blockage ratios and 10% blockage ratio可以看出，三种阻塞比工况下驻室法的计算差值都在喷口法以下，这说明驻室法经二次修正后对于不同阻塞比工况的改变，其误差修正程度没有喷口法改变的剧烈，也即驻室法测量误差对工况改变与喷口法相比更不敏感，更容易得到修正。
类似地，我们对阻塞比为10%，距喷口出口截面100mm的Ahmed body进行二次修正，得到一系列修正系数，然后利用这些修正系数同样对距喷口出口截面150mm、200mm和250mm的测试工况进行修正。并根据同一系列修正系数对不同距离工况进行修正后的误差值变化量，考察两种方法对工况改变的敏感性问题。如上述方法，得到了如图5所示的曲线图。可以看出，三种距离工况下驻室法的计算差值也都在喷口法以下，这从另一角度也说明与喷口法测量误差相比，驻室法测量误差对工况改变更不敏感，更容易得到修正。
3.2 CFD仿真结果分析
以Ahmed body距离喷口出口截面150mm，喷口风速为30m/s的不同阻塞比工况仿真结果为例。得到不同阻塞比y轴中截面压力云图如图6所示，两种喷口风速测量方法收缩段的测点位置一致，所以驻室内静压的分布影响着两种测量方法的优劣性。喷口法测点位置在喷口内壁，而驻室法测点位置在喷口外壁。两个位置的静压值相差不大，但从图中可以看出，试验段上方静压值都整体小于核心射流区，因此不同阻塞比下驻室法得到的收缩段与喷口的压差都大于喷口法，测量得到的喷口风速也都大于喷口法，导致驻室法误差均大于喷口法误差。Ahmed body的存在对流场的反作用会影响上游的压力场分布，对流道内的压力产生影响，喷口法的两组测点都在流道内，均受到了影响，增加或减小的趋势是一致的，两种误差在一定程度上抵消，使得结果看似更小，但两组参数的同时变化，使得最后结果的可控性变差。驻室法的测点则相对稳定，只有收缩段入口的测点会受到影响，且距离测试模型较远，影响较小，使得驻室法对不同的测试模型变化不敏感，这样的影响控制起来相对容易。
（a） 阻塞比3%
（b） 阻塞比5.6%
（c） 阻塞比8%
（d） 阻塞比10%
图6 不同阻塞比Y轴中截面压力云图
Fig.6 Pressure contour on the Y-axis middle cross-section of different blockage ratios
值得一提的是，由于计算压差时，喷口入口处的速度很小，将静压近似看做总压，忽略动压。随着风速的增大，
图7,8,9分别为x轴喷口法测点、驻室法测点和收缩段入口测点位置截面的压力云图。
（a） 阻塞比3%
（b） 阻塞比5.6%
（c） 阻塞比8%
（d） 阻塞比10%
图7 不同阻塞比X轴喷口法测点截面压力云图
Fig.7 Pressure contour on the X-axis nozzle method measurement points cross-section of different blockage ratios
（a） 阻塞比3%
（b） 阻塞比5.6%
（c） 阻塞比8%
（d） 阻塞比10%
图8 不同阻塞比X轴驻室法测点截面压力云图
Fig.8 Pressure contour on the X-axis plenum method measurement points cross-section of different blockage ratios
（a） 阻塞比3%
（b） 阻塞比5.6%
（c） 阻塞比8%
（d） 阻塞比10%
图9 不同阻塞比X轴收缩段测点截面压力云图
Fig.9 Pressure contour on the X-axis contraction section measurement points cross-section of different blockage ratios
从图7可以看出由于模型的存在对上游流场尤其是近地面流场的影响，喷口法测点截面的下方以及两边靠下部分压力值很高，但是此处压力波动都比较大，很不稳定。这是喷口法和驻室法之间的主要差异。由于阻塞比的不同，模型对上游流场的反作用程度也是不同的，随着阻塞比的增大，这种对近地面流场的影响也在增大，正压值和影响区域都在变大，图7（a）的测点压力都比较小，而到图7（d），测点压力已增大到60Pa左右。从图6（a）到（d），也可以看出这种影响区域的扩大和压力的增加。
而从图8可以看出驻室法测点截面的压力比较稳定，对工况改变不是特别敏感，都在0Pa左右，普遍较低，阻塞比的增大对压力变化改变不大。
收缩段入口测点截面位置也受模型对上游流场的反作用，从图9可以看出，压力有所回升，但由于距离增加，模型对上游流场的反作用影响变小，压力变化并没有喷口法测点截面的剧烈，不同阻塞比情况下，测点压力均维持在一个高压水平，增幅不大。
模型存在对上游流场的反作用使得参考点风速与计算风速都有偏差，而参考点位置比喷口法和驻室法测点位置更靠近模型，受影响更大，且随阻塞比的增加，这种受影响程度的增加幅度也会大于测点截面，导致测量误差增大。
4 结论
（1）当其他变量固定时，喷口法和驻室法测量误差值均会随喷口风速的增加而增加。这是由于计算压差时，喷口入口处的速度很小，将静压近似看做总压，忽略动压。随着风速的增大，
（2）在不同阻塞比、不同距离、不同风速的各种工况中，驻室法测量得到的风速误差均高于喷口法误差。这是由于Ahmed body的存在对流场的反作用会影响上游的压力场分布，对流道内的压力产生影响，喷口法两个测量截面的测点都在流道中，所受影响在一定程度上互相抵消，导致压差减小，所以误差也相应减小。
（3）经二次修正后，驻室法和喷口法误差都得到进一步的降低，但是对于不同工况两种方法降低程度也不一样。其中，驻室法对于不同工况的改变更不敏感，其误差更容易得到修正。这是由于驻室法在喷口处的测点压力相对稳定，只有收缩段入口的测点会受到影响，且距离测试模型较远，影响较小，使得驻室法对不同的测试模型变化不敏感，这样的影响控制起来相对容易。
（4）基于本文研究结论，目前开口式风洞内多采用驻室法来确定喷口风速，一方面对于单变量的影响更容易进行修正，另一方面由于驻室法喷口处气流对下游干扰的不敏感性，同一修正系数的适用范围更广，可以更高效的对测试结果进行修正。有效提高了风洞测试的准确性和测试效率。
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摘要
本文以1:15的3/4开口回流式模型风洞为研究对象，通过放置不同比例大小的Ahmed body模型，采用实验和数值计算相结合的方法，研究阻塞比对于喷口法和驻室法这两种喷口风速测量方法的影响。结果表明：不同的阻塞比工况下，虽然驻室法测量误差稍大于喷口法测量误差，但驻室法对于修正系数的敏感度明显低于喷口法，即驻室法可使用更少的修正系数修正更多的工况，更易进行修正。
Abstract
In this paper, the 3/4 open-jet closed circuit model wind tunnel with a ratio of 1：15 was taken as the research object. By placing the Ahmed body model with different proportions, the combination of experiment and numerical simulation was used to study the influence of blockage ratio on nozzle wind speed measurement methods for nozzle method and plenum method. The results indicated that, for different blockage ratios, the measurement error of the plenum method was slightly larger than that of the nozzle method, but the sensitivity of the plenum method to the correction coefficient was significantly lower than that of the nozzle method, that was, more working conditions could be corrected with fewer correction coefficient for plenum method, which meant the plenum method was easier to be corrected.
Keywords
blockage ratio; nozzle method; plenum method; error correction
汽车风洞作为汽车设计过程中必不可少的开发平台，能够实现静止状态下，模拟汽车处在高速运动状态的流场情
关于风洞驻室对汽车风洞流动特性的影响很多学者进行了研
本文拟从两个角度研究阻塞比对两种喷口风速测量方法精度的影响，一方面为研究两种喷口测量方法对于阻塞比不同的车型在实验中测量精度的影响，通过改变车体模型的大小来模拟不同车型的测试；另一方面以常见车型尺寸为研究对象，通过改变车体到喷口的距离研究两种喷口测量方法受阻塞效应的影响。使研究具有通用性，本文选用后倾角为25°的Ahmed body模型作为车辆模型。参考市面常见车型，分别选取阻塞比为3%、5.6%、8%和10 %的四种比例模型，采用数值仿真和试验相结合的方法对喷口和驻室风速测量精度展开了研究。然后选择阻塞比为10 %的Ahmed body模型进行不同喷口距离的仿真计算与试验研究，充分研究不同阻塞比影响下两种喷口风速测量方法的精度。
