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汽車工業領域，空氣動力學性能直接影響車輛安全、操控與能耗。桌面風洞實驗可定位高效型預備實驗，加速實驗人員進行初期創意方案篩選與迭代。
1實驗目的
汽車行駛時，空氣流經車身，在尾部區域，極易發生氣流分離，形成復雜的渦旋結構，這些渦流是影響車輛氣動阻力和穩定性的關鍵因素。桌面風洞實驗能以較小的物理尺度和可控的風速條件，復現車尾渦流現象，觀測不同風速下的尾部煙流的形態變化，并利用PIV流場測量軟件獲取精確的瞬時速度場信息，定量分析尾部渦流的尺度、強度和演化規律。
2實驗裝置
1）桌面風洞，用于提供穩定可調的氣流。
2）3D打印的1：64比例小車模型。
3）千眼狼PIV高速攝像機，2560×1920 @2000fps，用于捕捉示蹤粒子運動圖像。
4）激光片光源，用于照亮模型尾部區域的測量平面。
5）PIV流場測量軟件，計算測量平面內二維瞬時速度矢量場。
3實驗過程
1）設定目標風速并穩定風洞氣流。
2）啟動煙流發生器，觀察并記錄尾部煙流形態。
3）開啟激光片光源，照亮小車尾測量平面。
4）使用千眼狼Revealer高速攝像機拍攝粒子圖像序列。
5）利用PIV流場測量軟件執行互相關計算，生成速度矢量場、渦量場、流線圖等可視化結果。
4實驗數據與PIV測量分析結果 1）等效風速120km/h下：
高速攝像機視角下的煙流平滑地包裹車身，在尾部形成相對穩定、尺度較小的對稱渦旋結構，氣流分離點靠近車尾末端，如圖1(上)。經PIV流場測量系統測量速度矢量場，顯示尾部存在一堆清晰、對稱的回流區，渦量場計算確認渦旋強度適中且相對穩定，如圖2(左)。對汽車設計優化啟示如車尾輪廓的優化，減小低壓渦旋區的面積，提高車輛表面光滑度如隱藏式把手設計等，降低空氣阻力，提升燃油經濟性。
圖1
圖2
2）等效風速300km/h下，高速攝像機視角下的煙流在車尾呈現劇烈的紊亂和擴散，尾部渦旋尺度明顯增大，對稱性減弱，出現擺動甚至周期性脫落跡象，如圖1(下)。
經PIV流場測量軟件分析，速度矢量場顯示尾部流場出現大尺度、高強度的渦旋，矢量流線扭曲嚴重，如圖2(右)。對汽車設計優化的啟示如增加地面效應組件、擴散器以及渦流發生器等空氣動力學套件，使高速行駛獲得更大的向下壓力。
5實驗小結
桌面風洞實驗可視化展示了小車模型在120km/h和300km/h風速下的車尾煙霧及渦流現象。結合PIV測量技術，可實現對復雜渦流結構定量分析，一定程度可為后續工程級別實驗并深入理解汽車空氣動力學機理和優化設計積累經驗。
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