复杂的流体动力学可以解释打滑现象

可视化轮胎沟槽内水流的实验装置

可视化轮胎沟槽内水流的实验装置,以及一些样本结果。信贷:哔叽Simoens

微小的荧光颗粒,用来研究水流过轮胎沟槽的激光。

当车辆行驶在潮湿或被水淹没的道路上时,水在轮胎前面积聚并产生升力。在一种被称为打滑的现象中,这种力可以变得足够大,使车辆离开地面。

物理的流体,据AIP出版社报道,来自法国国家科学研究中心、里昂大学和米其林集团的科学家们使用激光成像技术来研究轮胎沟槽前和沟槽内的水流。

为了对抗打滑,胎面设计的选择是在不降低轮胎附着路面能力的情况下从轮胎前部排水。关于水通过轮胎沟槽运动的定量实验研究很少,对于这些情况下的确切流动模式也知之甚少。

此前发表的唯一一篇报道轮胎沟槽中定量速度测量的论文是用高速摄像机和谷子作为水示踪剂完成的。然而,凹槽内的颗粒直径约为1.5毫米,对比度较差,因此凹槽内的速度信息无法用于流动分析。

目前,对打滑现象的研究使用了一条在地面上嵌入透明窗口的测试跑道。上面的区域被水淹没了,高速摄像机观察到一个轮胎滚过窗户。

研究人员开发了一种更复杂的方法,包括荧光种子颗粒来可视化流动,并使用一张激光来照亮该区域。这些荧光颗粒的直径只有35微米,大约是人类头发厚度的一半,密度接近于水。

“凹槽内流动的第一个显著特征是白色细长的细丝或圆柱,”作者Damien Cabut说。“这表明存在一种气态,可能是气泡或空化现象。”

槽内存在气相和液相两种相,使分析复杂化。研究人员在一些沟槽中发现了漩涡和气泡。研究表明,槽内涡数与槽宽与槽高之比有关。

“一个涡流产生机制可能与围绕轮胎肋边缘的流动有关。这种效果与三角翼在空气动力升力中的效果相似。”

当距离和速度适当增大时,沟槽内的流动结构与提高车速相似。这可能会导致打滑。

Cabut说,需要做更多的工作来了解漩涡的形成和气泡在沟槽中的作用。他们开发的实验装置将对未来的工作有很大的帮助。

参考:Damien Cabut, Marc Michard, Serge的《使用折射粒子图像测速法分析滚动汽车轮胎沟槽内的水流》Simoëns, Loïc Méès, Violaine Todoroff, Corentin Hermange和Yohan Le Chenadec, 2021年3月2日,物理的流体
DOI: 10.1063/5.0038834

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