陳玉鴻

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230022）

前言

汽車空調(diào)的除霜性能直接影響駕駛員的視野及駕駛安全，是衡量空調(diào)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)計(jì)主要依賴經(jīng)驗(yàn)，試制后進(jìn)行測(cè)試，難以得到流場(chǎng)的詳細(xì)信息，需要反復(fù)試制和測(cè)試，增加汽車開發(fā)成本，延長(zhǎng)開發(fā)時(shí)間。CFD分析能夠得到詳細(xì)的流場(chǎng)信息，不但可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，也可以為設(shè)計(jì)改進(jìn)提供依據(jù)。

通過三維流體分析軟件star-ccm+，對(duì)某型輕型卡車的空調(diào)除霜性能進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)在空調(diào)除霜作用下，整車除霜性能的表現(xiàn)。

1 三維除霜分析

1.1 三維模型搭建

根據(jù)整車產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的三維數(shù)模，建立空調(diào)除霜的三維計(jì)算模型，模型包含了駕駛艙內(nèi)飾件，空調(diào)除霜風(fēng)管，空調(diào)HVAC腔體，為了捕捉到細(xì)微的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，對(duì)格柵等部件進(jìn)行了特殊處理，如圖1。

圖1 三維計(jì)算模型

給定空調(diào)進(jìn)風(fēng)口流量為330m3/h，環(huán)境溫度為-18℃，進(jìn)口溫度曲線如圖2所示。

圖2 空調(diào)進(jìn)風(fēng)口溫度曲線

1.2 計(jì)算結(jié)果分析

1.2.1 流場(chǎng)分析

分析從空調(diào)除霜風(fēng)口打到前風(fēng)擋玻璃的空氣流速，如圖3，觀察前風(fēng)擋玻璃上的風(fēng)速分布，可以定性的分析空調(diào)的除霜效果。

圖3 前風(fēng)擋玻璃上的風(fēng)速分布圖

分析空調(diào)側(cè)除霜風(fēng)口打到側(cè)窗上的空氣流速，如圖 4，觀察側(cè)玻璃上的風(fēng)速分布，也可以定性的分析空調(diào)的側(cè)窗的除霜效果。

圖4 側(cè)窗玻璃上的風(fēng)速分布圖

經(jīng)過對(duì)空調(diào)除霜風(fēng)管的空氣流場(chǎng)分析，由于風(fēng)道的設(shè)計(jì)問題，導(dǎo)致前風(fēng)擋玻璃的風(fēng)速分布并不均勻，且風(fēng)道內(nèi)有渦流產(chǎn)生影響進(jìn)氣效率，需要進(jìn)行風(fēng)道的優(yōu)化分析以得到較好的風(fēng)速分布，如圖5。

圖5 需要優(yōu)化的位置

1.2.2 空調(diào)風(fēng)管的優(yōu)化方案

根據(jù)對(duì)初始模型的計(jì)算分析，對(duì)空調(diào)的除霜風(fēng)管進(jìn)行了多輪次的設(shè)計(jì)優(yōu)化，最終確定了一套優(yōu)化方案，如圖7所示。

圖6 初始除霜風(fēng)管

圖7 優(yōu)化后的除霜風(fēng)管

對(duì)比兩種不同的除霜風(fēng)管，從前風(fēng)擋玻璃的風(fēng)速分布來看，如圖8、9所示，優(yōu)化方案的速度分布更為均勻，有助于除霜時(shí)間的提升。

圖8 初始流線圖

圖9 優(yōu)化后流線圖

分析優(yōu)化模型除霜A區(qū)、B區(qū)的2m/s和2.5m/s的風(fēng)速覆蓋面積，如圖10，11，A區(qū)風(fēng)速大于2.5m/s的面積占59.3%，A’區(qū)風(fēng)速大于2.5m/s的面積占82.7%，A區(qū)風(fēng)速大于2m/s的面積占75.6%，A’區(qū)風(fēng)速大于2.5m/s的面積占92.8%。

圖10 前風(fēng)擋玻璃2.5m/s風(fēng)速覆蓋面圖

圖11 前風(fēng)擋玻璃2m/s 風(fēng)速覆蓋面圖

對(duì)優(yōu)化后的模型側(cè)窗玻璃風(fēng)速分布進(jìn)行分析，如圖12，13所示，從左右側(cè)窗風(fēng)速分布來看，風(fēng)速大于2m/s的區(qū)域基本在觀察后視鏡的范圍內(nèi)，所以在除霜過程中，這部分的霜層會(huì)優(yōu)先除去，有利于駕駛員觀察后視鏡。

圖12 側(cè)窗2.5m/s風(fēng)速覆蓋面圖

圖13 側(cè)窗2m/s 風(fēng)速覆蓋面圖

2 總結(jié)

優(yōu)化方案前風(fēng)擋玻璃上的風(fēng)速分布更為均勻，在實(shí)際除霜過程中，將有助于降低除霜時(shí)間，通過考察A區(qū)、A’區(qū)的2m/s風(fēng)速和2.5m/s風(fēng)速可以看出，基本滿足了設(shè)計(jì)要求，由于這款車的除霜出風(fēng)口離A區(qū)、A’區(qū)比較遠(yuǎn)，要想完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，只能適當(dāng)提升進(jìn)風(fēng)風(fēng)量。