李偉

(江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

基于CFD分析的某車型空調(diào)除霜風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計

李偉

(江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

應(yīng)用CFD數(shù)值分析軟件，對設(shè)計車空調(diào)除霜過程進(jìn)行空氣流動的數(shù)值模擬分析，模擬出前風(fēng)窗玻璃及側(cè)窗玻璃上氣流吹拂情況。根據(jù)分析結(jié)果，對空調(diào)風(fēng)道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后結(jié)果滿足設(shè)計要求。

空調(diào)風(fēng)道；CFD分析；氣流吹拂速度；優(yōu)化設(shè)計

0 引言

隨著汽車市場的競爭日益激烈，作為衡量汽車優(yōu)劣標(biāo)準(zhǔn)之一的空調(diào)系統(tǒng)越來越受到顧客的關(guān)注。尤其是在冬天和陰雨天行車時，由于室內(nèi)外溫度和濕度差異，汽車玻璃上很容易出現(xiàn)冰霜或者霧氣，結(jié)在汽車擋風(fēng)玻璃上的冰霜和霧氣會嚴(yán)重影響駕駛員的視野，對行車安全產(chǎn)生危害，須盡可能地除去車窗玻璃上的霜層。

文中以某型汽車風(fēng)道系統(tǒng)的實體模型為研究對象，利用CFD數(shù)值模擬技術(shù)對空調(diào)除霜風(fēng)道進(jìn)行分析及優(yōu)化，以改善汽車空調(diào)除霜系統(tǒng)性能。

1 分析內(nèi)容

1.1 模型描述

根據(jù)數(shù)模建立空調(diào)除霜分析模型。采用數(shù)模為HVAC、除霜風(fēng)道、前圍板、擋風(fēng)玻璃、儀表板、車廂內(nèi)飾和地板(其中擋風(fēng)玻璃參照GB-11556劃分為A區(qū)、A′區(qū)和B區(qū)3個部分，其中B區(qū)包括A區(qū)和A′區(qū)，側(cè)窗玻璃根據(jù)總布置提供的駕駛員視野范圍確定側(cè)除霜參考區(qū)域，見圖1)。

在風(fēng)道表面生成非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格，單元大小約為3 mm；在模型內(nèi)部空氣域生成非結(jié)構(gòu)化Poly網(wǎng)格，長度約為12 mm。為了能夠更精確模擬近壁面區(qū)域流體的流動情況，從模型壁面開始向內(nèi)拉伸3層棱柱形網(wǎng)格。其中單元總數(shù)約為410萬，且網(wǎng)格連續(xù)、均勻、過渡平緩。

入口邊界條件為質(zhì)量流量進(jìn)口：0.102 083 kg/s；出口邊界為壓力出口。空氣密度為1.225 kg/m3。

為了便于表述，這里為除霜風(fēng)道各出風(fēng)口分別定義名稱，文中除另有說明，將統(tǒng)一使用該名稱，如圖2所示。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)要求

1.2.1 流量分配

除霜風(fēng)道各出風(fēng)口流量分配要求如表1所示。

表1 流量分配要求

1.2.2 氣流吹拂速度

1.2.2.1 前除霜氣流吹拂速度

前擋風(fēng)玻璃3個區(qū)域氣流吹拂速度要求如表2所示。

表2 前除霜氣流吹拂速度要求

1.2.2.2 側(cè)除霜氣流吹拂速度

側(cè)窗玻璃區(qū)域駕駛側(cè)和乘員側(cè)氣流吹拂速度要求如表3所示。

表3 側(cè)除霜氣流吹拂速度要求

2 CFD分析結(jié)果

2.1 流量分配

如圖3所示：前除霜流量、左側(cè)除霜流量右側(cè)除霜流量，分別占總流量的78.3%、10.4%、11.3%，滿足設(shè)計目標(biāo)。

2.2 氣流吹拂速度

2.2.1 前除霜氣流吹拂速度

圖4表示貼近前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面氣流速度云圖，整個前擋風(fēng)玻璃上的氣流速度分布范圍：A區(qū)平均風(fēng)速2.1 m/s，A′區(qū)平均風(fēng)速2.5 m/s，B區(qū)平均風(fēng)速1.9 m/s。A區(qū)氣流吹拂速度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，需要進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.2 側(cè)除霜氣流吹拂速度

圖5表示貼近側(cè)窗玻璃內(nèi)表面氣流速度云圖，側(cè)除霜駕駛側(cè)和乘員側(cè)風(fēng)速最大值位于駕駛員觀察后視鏡通過區(qū)域，駕駛員側(cè)風(fēng)速1.4 m/s，乘員側(cè)風(fēng)速1.5 m/s。駕駛員側(cè)風(fēng)速略小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 風(fēng)道數(shù)據(jù)優(yōu)化

針對前擋風(fēng)玻璃較小的問題，做出以下改進(jìn)以增大出風(fēng)量，增加風(fēng)速：

(1)左側(cè)數(shù)第6、第7與第8個出風(fēng)口下的U形間隙增大4 mm(見圖6);

(2)前除霜格柵間隔全部改為5 mm×3 mm 的結(jié)構(gòu)(見圖6);

(3)兩側(cè)除霜蓋板與中間蓋板連接處寬度從26 mm減小至16 mm(見圖6—7);

(4)右側(cè)數(shù)第6與第7個出風(fēng)口下的U形間隙增大4 mm(見圖7);

針對駕駛員側(cè)風(fēng)速偏小問題調(diào)整左側(cè)除霜格柵角度，如圖8—9所示。

4 改進(jìn)驗證

4.1 流量分配

如表4所示：優(yōu)化后，兩側(cè)除霜流量略降低，前除霜流量、左側(cè)除霜流量、右側(cè)除霜流量分別占總流量的79.7%、9.6%、10.7%，滿足設(shè)計目標(biāo)。

表4 優(yōu)化后流量分配 %

4.2 前除霜氣流吹拂速度

車道偏離器使得前擋玻璃中部區(qū)域速度分布不均。A區(qū)、A′區(qū)與B區(qū)平均速度分別為2.5 m/s、2.5 m/s、1.8 m/s，滿足設(shè)計目標(biāo)，如圖10和表5所示。

表5 優(yōu)化后前擋除霜吹拂速度分布 m·s-1

4.3 側(cè)除霜氣流吹拂速度

如圖11和表6所示：優(yōu)化后，駕駛側(cè)玻璃平均風(fēng)速略降低，為1.3 m/s,接近設(shè)計目標(biāo)，但考慮到其1 m/s的平均風(fēng)速所吹拂的范圍比改進(jìn)前有所提升，且燃燒點的分布位置更接近于后視鏡的通過區(qū)域內(nèi)，因此此改進(jìn)結(jié)果可以接受；乘員側(cè)玻璃平均風(fēng)速略降低，為1.5 m/s，其1 m/s的平均風(fēng)速分布范圍增加，滿足設(shè)計目標(biāo)。

表6 優(yōu)化后側(cè)窗除霜吹拂速度分布 m·s-1

5 結(jié)論

(1)優(yōu)化后，前除霜與兩側(cè)除霜流量分配滿足設(shè)計目標(biāo)；

(2)優(yōu)化后，前擋玻璃平均速度滿足設(shè)計目標(biāo)；

(3)優(yōu)化后，右側(cè)窗玻璃平均速度均滿足設(shè)計目標(biāo)；左側(cè)窗玻璃平均速度接近設(shè)計目標(biāo)，可以接受。

【1】祁照崗，陳江平，胡偉.汽車空調(diào)風(fēng)道CFD研究與優(yōu)化[J].汽車工程，2005，27(1)：103-106.

【2】朱娟娟，蘇秀平，陳江平.汽車空調(diào)除霜風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].汽車工程，2004，26(6)：747-749.

Optimization Design of a Vehicle Air Conditioner Defrosting Duct Based on CFD Analysis

LI Wei
(Research & Development Center，Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Hefei Anhui 230601，China)

CFD numerical analysis software was applied to make simulation analysis of air flow in a vehicle air conditioner defrosting process. The air blowing conditions on the front window and side windows were simulated. According to the analysis results,the design of air conditioning duct was optimized.The optimized result meets design requirements.

Air conditioning duct; CFD analysis; Air blowing speed; Optimized design

2016-03-18

李偉(1983—)，男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)從事內(nèi)外飾設(shè)計工作。E-mail:qingshuiwuhen2006@126.com。

U463.85+.1

A

1674-1986(2016)06-032-04