空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)影響因素

敬文博，吳剛，范金永

（江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)影響因素

敬文博，吳剛，范金永

（江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

空調(diào)風(fēng)道是汽車空調(diào)中不可或缺的一部分。風(fēng)道設(shè)計(jì)的合理性，亦直接影響到汽車內(nèi)部的舒適性。文章主要討論了在汽車空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)中需要考慮的因素，以及壓力損失的分類和影響因素，為空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。

汽車空調(diào)；風(fēng)道；噪音；壓力損失

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-86-03

引言

隨著科技進(jìn)步和人們生活水平的日益提高，現(xiàn)代汽車上的空調(diào)設(shè)備已經(jīng)成為一項(xiàng)不可或缺的部分，而且對空調(diào)系統(tǒng)的要求也不僅僅停留在能吹冷風(fēng)這樣的階段，而是上升到更高層次。現(xiàn)在對空調(diào)系統(tǒng)的要求有溫度、濕度、氣流、輻射、潔凈度、噪聲等幾個方面。由于空調(diào)一定要有空氣的流動，一般由風(fēng)機(jī)完成。風(fēng)機(jī)的噪聲及空氣通過風(fēng)道而產(chǎn)生的噪聲使人感到不舒服，因而減少風(fēng)機(jī)噪聲及氣流噪聲也成了空調(diào)的任務(wù)。風(fēng)道的送風(fēng)性能好壞直接影響車內(nèi)的溫度場和速度場的均勻性，從而影響該車的舒適性。因此，空調(diào)的風(fēng)道已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)中不可缺少的重要組成部分，風(fēng)道設(shè)計(jì)的合理性，也直接影響到汽車內(nèi)部的舒適性。

1、風(fēng)道設(shè)計(jì)影響因素

1.1 匹配設(shè)計(jì)的影響

在空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)時，必須考慮車身總布置和內(nèi)飾造型設(shè)計(jì)中與風(fēng)道有關(guān)的情況。空調(diào)車風(fēng)道既起著引導(dǎo)通風(fēng)的作用，同時又是內(nèi)飾的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)及造型的優(yōu)劣直接影響內(nèi)飾的整體風(fēng)格。在確定了風(fēng)道的基本形狀后，根據(jù)空調(diào)設(shè)備的出風(fēng)量和所選定的風(fēng)道內(nèi)空氣流速，參考車廂內(nèi)飾的要求。即可定出風(fēng)道截面的具體尺寸。

1.2 風(fēng)量損失的影響

風(fēng)道需具備導(dǎo)引風(fēng)流向的功能，空調(diào)風(fēng)必須在這一密閉的通道內(nèi)流動才能按所設(shè)計(jì)的流向、流量及流速流動。風(fēng)道若有泄漏則難以保證空調(diào)系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。同時應(yīng)盡量減少風(fēng)道中的壓力損失，沿程壓力損失和局部壓力損失沒有控制得當(dāng)?shù)脑挘瑢档惋L(fēng)量，并且增大噪音。

1.3 分風(fēng)比的影響

風(fēng)道設(shè)計(jì)時需考慮分風(fēng)比的要求，為了減少設(shè)備風(fēng)機(jī)壓力，降低功率消耗，避免產(chǎn)生噪聲，主風(fēng)道的風(fēng)速應(yīng)控制在低速送風(fēng)范圍內(nèi)。到達(dá)各支管的風(fēng)量應(yīng)符合預(yù)期分風(fēng)比。

1.4 氣流噪聲的影響

風(fēng)道內(nèi)的氣流噪聲必須控制在允許范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對氣流噪聲的控制就必須對風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)速進(jìn)行控制。通常新風(fēng)入口處風(fēng)速5~6m/s，主風(fēng)道風(fēng)速5.5~8m/s，支風(fēng)道風(fēng)速4~5.5m/s，出風(fēng)口風(fēng)速6.5~11m/s。

2、風(fēng)道壓力損失

2.1 沿程壓力損失

沿程壓力損失是空氣沿管壁流動時，由空氣與管壁之間的摩擦以及空氣分子內(nèi)部之間的摩擦而產(chǎn)生的。空氣在截面不變的管道中流動且空氣量保持不變，沿程壓力損失可按式（1）計(jì)算：

式中：P——沿程壓力損失

Pm——比摩阻

L——風(fēng)道長度

比摩阻Pm可以用式（2）來計(jì)算，

式中：λ——摩擦阻力因數(shù)；

v——風(fēng)道內(nèi)空氣的平均流速，m/s；

ρ——空氣密度，kg/m3；

Rs——風(fēng)道的水力半徑；

A——風(fēng)道的過流斷面面積，m3；

P——風(fēng)道的過流斷面周長，m；

式中：a——矩形風(fēng)道長邊的內(nèi)邊長，m；

b——矩形風(fēng)道短邊的內(nèi)邊長，m。

式中摩擦阻力因素的確定比較復(fù)雜，通常按下述簡化公式進(jìn)行計(jì)算。

1）風(fēng)道材料為薄鋼板，風(fēng)道內(nèi)壁表面各凸出部分（絕對粗糙度）的平均高度h=15mm時，摩擦因數(shù)λ值為：

2）風(fēng)道材料為塑料板或玻璃鋼，絕對粗糙度為h=1.0mm時，摩擦因數(shù)λ值為：

2.2 局部壓力損失

空氣在風(fēng)道內(nèi)流動時，遇到空氣流量、流速及方向任一參數(shù)發(fā)生改變時，都會產(chǎn)生渦流或速度的重新分布，從而使流動阻力大大增加，造成能量上的損失，這類損失稱為局部壓力損失（Δpj）。Δpj可以根據(jù)式（3）來計(jì)算：

式中：ξ——局部阻力系數(shù)，其值根據(jù)相應(yīng)的風(fēng)道界面氣流速度查閱有關(guān)工程手冊。

3、風(fēng)道壓力損失的影響因素

3.1 沿程壓力損失的影響因素

風(fēng)道的設(shè)計(jì)要根據(jù)整機(jī)性能進(jìn)行匹配，送風(fēng)量及風(fēng)速的確定跟整車熱負(fù)荷有關(guān)。整車熱負(fù)荷的計(jì)算參見相關(guān)文獻(xiàn)。風(fēng)道截面F計(jì)算：

式中：Q——理論送風(fēng)量

Vd——理論流速

假設(shè)風(fēng)道截面為矩形，長短邊分別為a、b，則風(fēng)道的沿程壓力損失可以用式（9）來計(jì)算：

因?yàn)镕=ab，式（10）可寫成：

根據(jù)式（11），λ是一個關(guān)于D和v的函數(shù)，此時v已確定為一個常數(shù)，只有D是一個變量。

在矩形風(fēng)道中，D是一個關(guān)于a和b的函數(shù)。

圖1

當(dāng)風(fēng)道截面積相同，均為F時，正方形風(fēng)道的水力半徑為：

圓形風(fēng)道水力半徑為：

根據(jù)式（2）式（15），Pm關(guān)于D的函數(shù)是減函數(shù)，所以：

由以上計(jì)算，我們可以知道：

（1）總風(fēng)量相同，風(fēng)道截面相同時，在矩形風(fēng)道中，矩形的邊長相差越小，比摩阻越小，最小的是正方形截面。

（2）總風(fēng)量相同，風(fēng)道截面相同時，圓形風(fēng)道的比摩阻小于矩形風(fēng)道的比摩阻。

3.2 局部壓力損失的影響因素

（1）風(fēng)道截面的突變。風(fēng)道截面的突變會導(dǎo)致氣流速度變化，產(chǎn)生渦流，形成局部阻力，損失能量。

（2）彎道。由于空氣流過彎道時，方向改變，氣流的主流脫離壁面，使局部區(qū)域出現(xiàn)真空，氣流在局部區(qū)域回旋，造成能量損失，并且產(chǎn)生噪聲。

（3）出風(fēng)口的局部阻力。出風(fēng)口的流速大，截面小，阻力大。

（4）進(jìn)風(fēng)口的局部阻力。氣流進(jìn)入風(fēng)道時，產(chǎn)生方向變化和渦流，造成局部阻力。不同的進(jìn)口形式，其局部阻力系數(shù)相差很多。圖為幾種進(jìn)風(fēng)口結(jié)構(gòu)的阻力系數(shù)。

圖2

（5）管件連接。管件連接的地方容易產(chǎn)生局部壓力損失和噪聲，需要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)。

4、結(jié)論

空調(diào)風(fēng)道的設(shè)計(jì)，不僅要考慮周邊部件的布置情況，以及對內(nèi)飾造型的直接影響，更要考慮內(nèi)部氣流的流場分析，注意設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，以保證其性能的優(yōu)異。盡可能的減少風(fēng)量損失，控制風(fēng)噪影響因素，減少設(shè)備風(fēng)機(jī)的壓力，降低功率消耗。本文主要討論了在汽車空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)中需要考慮的因素，以及壓力損失的分類和影響因素，并為空調(diào)風(fēng)道設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)參考。

[1] 傅立敏.汽車空氣動力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[2] 關(guān)志偉.汽車空調(diào).人民交通出版社,2009,3-26.

[3] 梁榮光,何文韶,朱志強(qiáng),楊麗明.現(xiàn)代汽車空調(diào)技術(shù).華南理工大學(xué)出版社,2003.

[4] 陶其銘,許志寶,夏廣飛.汽車空調(diào)除霜風(fēng)道分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010.

Influencing factor of air conditioning duct design

Jing Wenbo, Wu gang, Fan Jinyong
( Technology Center, Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Air conditioning duct is an integral part of the automobile air conditioner. The rationality of the design of the air duct has a direct impact on the comfort of the interior of the car. This paper mainly discusses the factors that need to be considered in the design of automobile air conditioning duct, and the classification and influence factors of pressure loss, which provides a technical reference for the design of air duct.

automotive air conditioning; air duct; noise; pressure loss

U462.1

A

1671-7988(2016)07-86-03

敬文博，就職于江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.027