汽车后视镜雨眉导流槽空气流动特性分析

杨 坦，刘 斌,周西好,石利军，王 超

汽车后视镜雨眉导流槽空气流动特性分析

杨 坦，刘 斌,周西好,石利军，王 超

以73×23型导流槽为基础模型,运用了汽车后视镜雨眉荷载计算技术、导流槽优化设计技术,从而详细描述了导流槽空气流动特性,选取湿空气密度、导流槽入口断面面积、导流槽入口断面质量流量、雨眉所受荷载作为4个可能影响导流槽空气流动的参数,应用“渐缩型喷管”系统特点,对73×23型导流槽出口压力与背压的比值进行数值求解；查空气热力性质表,选取等熵指数K=1.40,对渐缩型喷管出口截面面积进行数值计算。数据计算分析得出结论是：选用渐缩型喷管设计样式的导流槽；导流槽末端出口断面面积与喷管出口断面面积相等,断面高2mm,长度为78mm。将喷管出口高速气流在狭缝处进行汇总,形成高速气幕,起到阻隔雨水降落至后视镜的作用。

后视镜；遮雨效果；73×23型导流槽；渐缩型喷管

目前我国汽车生产企业没有对汽车后视镜雨眉系统进行过详细研究,市场上仅有5家汽车配件厂家进行了一定程度的设计和优化,且主要从雨眉系统结构上进行了改造,通过调整雨眉的长度及安装角度来解决雨水落入汽车后视镜的问题。这些工作对防止小雨天气雨水落入的问题起到了一定的作用,但是对防止大雨天气下雨水落入后视镜的问题并没有明显的效果。

JSYM73×23型导流槽样式汽车后视镜雨眉系统,在原有汽车后视镜雨眉系统的基础上,增加了导流槽,根据“渐缩型喷管”系统的特点,对导流槽进行了优化设计,在车辆行驶过程中产生高速空气流,对下坠的雨滴起到清理作用,可以很好地防止雨滴落入汽车后视镜。

1 数值模型与计算

1.1 数值模型的建立

为清楚了解汽车后视镜雨眉导流槽空气流动参数,选取了我们设计的73×23型导流槽为基础模型,该导流槽导流槽由5个矩形导流孔组成,导流孔1和导流孔5长21.5mm,导流孔2、3、4长22.5mm,宽度均为6mm。

图1 汽车后视镜雨眉系统示意图

1.2 数值参数的计算

为了分析汽车后视镜雨眉导流槽空气流动,运用了汽车后视镜雨眉荷载计算技术、导流槽优化设计技术,计算过程纲要：首先查相对湿度与干、湿球温度的关系曲线图,得到空气相对湿度φ=60%,根据道尔顿分压定律及气态方程,推导出湿空气密度ρw；然后根据导流槽的相关数值尺寸计算得出导流槽入口断面的面积a1；紧接着根据喷管质量流量的计算公式,计算得出导流槽喷管质量流量qm；然后以车辆为参考对象,雨眉速度cf0=0,空气流速cf1=60km/h=16.67m/s,根据动量守恒计算出雨眉受力f。

1.3 数值分析方法及讨论

将“渐缩型喷管”方法运用到数值分析当中,从而分析得出渐缩型喷管是否适用于导流槽的设计样式,并且得出所选用的73×23型导流槽可以将喷管出口高速气流在狭缝处进行汇总,形成高速气幕,起到阻隔雨水降落至后视镜的作用。我们运用到了导流槽喷管出口压力p2等于背压pB,背压与入口压力之比,按照背压和入口压力之比选用喷管类型；并且背压与入口压力之比为0.528。

通过了解喷管的工作原理：喷管是通过改变流体流动通道的截面积,达到改变流体速度和压力的效果,来辅助我们实现流体指标,而通过牛顿第三定律我们知道力的作用是相互的,喷管中喷管截面处出口压力和反作用力相等,而那个反作用力我们就叫做背压。所以两者相等,即得出结论导流槽为充分利用压降,应使导流槽喷管出口压力p2等于背压pB,.

2 数值参数计算研究

查相对湿度与干、湿球温度的关系曲线图,得到空气相对湿度φ=60%,根据道尔顿分压定律及气态方程,推导出湿空气密度为：

(1)

式中：ρw为湿空气密度,kg/m3；p为常年大气压,Mpa；T为计算温度,K；φ为空气相对湿度,pb为饱和水蒸气压力,Mpa。

表1 不同温度下饱和水蒸汽压力

通过计算得到湿空气密度为ρw=0.0001kg/m3;导流槽断面积A1=6.63×10-4m2;导流槽入口断面质量流量qm=1.216×10-5kg/s;雨眉受力为：f=2.206N。

3 数据分析结论

导流槽是汽车后视镜雨眉空气气流加速管道,是一种喷管装置。可以利用空气气流流经导流槽前后压降使气流加速,从而使雨滴降落轨迹发生偏离,起到防止雨滴落至后视镜表面的作用。

3.1 导流槽喷管选型

导流槽喷管入口指向车辆行驶方向,车辆行驶时空气流施加在导流槽上的压力为：Δp=3.056×10-3MPa导流槽喷管入口压力为：p1=1.043×10-1MPa。

为充分利用压降,应使导流槽喷管出口压力p2等于背压pB,背压与入口压力之比为0.528,按照背压和入口压力比值数值选用喷管类型,故选用渐缩型喷管。

3.2 导流槽喷管出口截面分析

查空气热力性质表,κ=1.40,渐缩型喷管出口截面面积计算公式(2)如下：

(2)

式中：A2为导流槽喷管出口截面面积,m2；qm为导流槽喷管质量流量,kg/s；κ为等熵指数,取κ=1.40；p2为导流槽喷管出口压力,MPa；p1为导流槽喷管入口压力,MPa；cf1为导流槽喷管入口气流流速,m/s.计算得：A2=156mm2导流槽末端出口断面面积与喷管出口断面面积相等,断面高2mm,长度为78mm。

4 结论

通过对73×23型导流槽出口压力与背压的比值进行数值求解；车辆行驶时空气流施加在导流槽上的压力Δp=3.056×10-3MPa,导流槽喷管入口压力为：p1=1.043×10-1MPa,根据背压和出口压力之比选取渐缩型喷管样式,同时对渐缩型喷管出口截面面积进行数值计算得知,导流槽末端出口断面面积与喷管出口断面面积相等,断面高2mm,长度为78mm,因此可将喷管出口高速气流在狭缝处进行汇总,形成高速气幕,起到阻隔雨水降落至后视镜的作用。

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责任编辑：刘海涛

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

杨坦，石利军，王超，安徽新华学院土木与环境工程学院教师，硕士(合肥 23008)；刘斌，中石化宁波工程有限公司(浙江 宁波 315103)；周西好，深圳瑞和建筑装饰股份有限公司(广东 深圳 518001)。

安徽新华学院2014年度国家级创新创业训练计划创新训练项目(201412216030)；安徽新华学院2016年度科研团队项目(2016td012)

2016-04-02