李四旺 馮鴻飛 王坤

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院；2.中國第一汽車股份有限公司研發(fā)總院）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車上的通風裝置與空調(diào)逐步成為必備設施。汽車空調(diào)HVAC 總成是整個汽車空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，它的風量性能直接影響到整個空調(diào)系統(tǒng)的性能[1-3]，并影響整車的緊湊性和NVH性能[4]。某款轎車作為緊湊型家庭轎車使用，空調(diào)工作時，HVAC 總成內(nèi)循環(huán)風量較小。為了改善空調(diào)內(nèi)循環(huán)時的風量，以達到整車的降溫性能的提升，在滿足現(xiàn)有安裝條件和空間要求的前提下需要對HVAC 總成進行結(jié)構優(yōu)化。

1 模型方案

1.1 問題論述

如圖1 所示，該款轎車搭載的HVAC 總成為單溫區(qū)自動空調(diào)總成。

HVAC 總成改善之前在整車上進行風量測試時發(fā)現(xiàn)，測試工況為室溫條件下，車輛怠速，保證蓄電池電壓≥13.5 V，門窗關閉，開啟壓縮機，溫度調(diào)整到Low，吹風模式調(diào)整為吹面，調(diào)整鼓風機擋位分別為1 擋、2 擋、3 擋和4 擋，利用風速儀測量出風口的風量，內(nèi)/外循環(huán)風量測量結(jié)果如表1 所示。

圖1 HVAC 總成圖

表1 風量測量結(jié)果

測試結(jié)果顯示，空調(diào)每一擋風的內(nèi)循環(huán)風量小于外循環(huán)風量，這是不合理的，說明內(nèi)循環(huán)的風量是偏小的，需要提升內(nèi)循環(huán)風量。

1.2 模型建立

對HVAC 總成周邊環(huán)境進行CFD 建模[5-6]，采用的模型，如圖2 所示。

圖2 乘員艙全尺寸簡化模型

采用HyperMesh 對模型進行面網(wǎng)格劃分，導入STAR-CCM+中生成體網(wǎng)格，設定邊界條件進行計算。對于HVAC 總成部件重點位置進行網(wǎng)格的細化以及重點區(qū)域的檢測。

體網(wǎng)格選用多面體網(wǎng)格[7-8]，最終得到847 萬體網(wǎng)格。

在仿真模擬計算的過程中必須盡可能地使壁面邊界條件符合實際的情況。鼓風機的轉(zhuǎn)速設置為2 500 r/min，空調(diào)濾芯、蒸發(fā)器和暖風芯體的阻力設置如表2 所示。

表2 零部件阻力系數(shù)

為盡可能地減小更改量，對于表3 中的原方案和4種改善方案進行仿真。仿真中，邊界設置鼓風機的轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，HVAC 總成的進口壓力和出口壓力均為標準大氣壓。

表3 車室內(nèi)流場仿真方案情況

2 分析結(jié)果

仿真結(jié)果如表4 所示。原方案和改善方案1 的HVAC 總成風量相當，改善方案3 風量沒有提升，改善方案2 和改善方案4 出風量提升明顯，壓損優(yōu)化效果顯著。

表4 車室內(nèi)流場仿真分析結(jié)果

從仿真的結(jié)果可以判斷出：增大HVAC 總成內(nèi)循環(huán)進風口側(cè)面面積對改善風量沒有效果；增大HVAC總成內(nèi)循環(huán)進風口正面面積有效果；該車型優(yōu)化手套箱的結(jié)構對于進風量沒有改善作用。通過以上結(jié)論決定對HVAC 總成進行模具適應性修改，按照仿真數(shù)模，增大HVAC 總成內(nèi)循環(huán)進風口正面面積。HVAC 總成更改內(nèi)循環(huán)進氣口前后的結(jié)構形式，如圖3 所示。

圖3 HVAC 總成更改前后狀態(tài)

3 試驗驗證

3.1 臺架試驗驗證

將更改后的HVAC 總成進行風量臺架測試和NVH 臺架測試，風量測試工況為鼓風機電壓為13.5 V和12 V，HVAC 總成設置為：溫度風門最冷，吹風模式為吹面，測量內(nèi)/外循環(huán)風門狀態(tài)時的風量。風量臺架測試如圖4 所示。NVH 臺架測試條件如圖5 所示。

圖4 HVAC 總成風量測試臺架

圖5 HVAC 總成噪聲測試示意圖

測試結(jié)果如表5 所示，風量提升7%左右，且噪聲有一定的下降，與CFD 的仿真結(jié)果一致。

表5 臺架測試結(jié)果

3.2 整車試驗驗證

將更改后的HVAC 總成裝配到整車上，進行整車狀態(tài)下的風量測試和NVH 測試，測試工況與臺架試驗工況一致，車門關閉，鼓風機的電壓外接電源實現(xiàn)。

測試結(jié)果如表6 所示，整車測試的結(jié)果與臺架測試的結(jié)果一致。

表6 整車試驗測試結(jié)果

4 結(jié)論

通過該車型內(nèi)循環(huán)風量改善案例可以得出以下結(jié)論：

1）增大HVAC 總成內(nèi)循環(huán)進風口正面面積可以增加HVAC 總成風量，且有利于HVAC 總成噪聲的改善；

2）增大HVAC 總成內(nèi)循環(huán)進風口側(cè)面面積，擴大手套箱與HVAC 總成的距離對于HVAC 總成風量的改善效果不明顯。