基于CFD分析的某車型空調除霜風道優化設計

李偉

(江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601)

基于CFD分析的某車型空調除霜風道優化設計

李偉

(江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽合肥 230601)

應用CFD數值分析軟件，對設計車空調除霜過程進行空氣流動的數值模擬分析，模擬出前風窗玻璃及側窗玻璃上氣流吹拂情況。根據分析結果，對空調風道進行優化設計。優化后結果滿足設計要求。

空調風道；CFD分析；氣流吹拂速度；優化設計

0 引言

隨著汽車市場的競爭日益激烈，作為衡量汽車優劣標準之一的空調系統越來越受到顧客的關注。尤其是在冬天和陰雨天行車時，由于室內外溫度和濕度差異，汽車玻璃上很容易出現冰霜或者霧氣，結在汽車擋風玻璃上的冰霜和霧氣會嚴重影響駕駛員的視野，對行車安全產生危害，須盡可能地除去車窗玻璃上的霜層。

文中以某型汽車風道系統的實體模型為研究對象，利用CFD數值模擬技術對空調除霜風道進行分析及優化，以改善汽車空調除霜系統性能。

1 分析內容

1.1 模型描述

根據數模建立空調除霜分析模型。采用數模為HVAC、除霜風道、前圍板、擋風玻璃、儀表板、車廂內飾和地板(其中擋風玻璃參照GB-11556劃分為A區、A′區和B區3個部分，其中B區包括A區和A′區，側窗玻璃根據總布置提供的駕駛員視野范圍確定側除霜參考區域，見圖1)。

在風道表面生成非結構化三角形網格，單元大小約為3 mm；在模型內部空氣域生成非結構化Poly網格，長度約為12 mm。為了能夠更精確模擬近壁面區域流體的流動情況，從模型壁面開始向內拉伸3層棱柱形網格。其中單元總數約為410萬，且網格連續、均勻、過渡平緩。

入口邊界條件為質量流量進口：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，這里為除霜風道各出風口分別定義名稱，文中除另有說明，將統一使用該名稱，如圖2所示。

1.2 標準要求

1.2.1 流量分配

除霜風道各出風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

前擋風玻璃3個區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 側除霜氣流吹拂速度

側窗玻璃區域駕駛側和乘員側氣流吹拂速度要求如表3所示。

表3 側除霜氣流吹拂速度要求

2 CFD分析結果

2.1 流量分配

如圖3所示：前除霜流量、左側除霜流量右側除霜流量，分別占總流量的78.3%、10.4%、11.3%，滿足設計目標。

2.2 氣流吹拂速度

2.2.1 前除霜氣流吹拂速度

圖4表示貼近前擋風玻璃內表面氣流速度云圖，整個前擋風玻璃上的氣流速度分布范圍：A區平均風速2.1 m/s，A′區平均風速2.5 m/s，B區平均風速1.9 m/s。A區氣流吹拂速度不符合標準要求，需要進行優化。

2.2.2 側除霜氣流吹拂速度

圖5表示貼近側窗玻璃內表面氣流速度云圖，側除霜駕駛側和乘員側風速最大值位于駕駛員觀察后視鏡通過區域，駕駛員側風速1.4 m/s，乘員側風速1.5 m/s。駕駛員側風速略小于標準要求。

3 風道數據優化

針對前擋風玻璃較小的問題，做出以下改進以增大出風量，增加風速：

(1)左側數第6、第7與第8個出風口下的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 的結構(見圖6);

(3)兩側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)右側數第6與第7個出風口下的U形間隙增大4 mm(見圖7);

針對駕駛員側風速偏小問題調整左側除霜格柵角度，如圖8—9所示。

4 改進驗證

4.1 流量分配

如表4所示：優化后，兩側除霜流量略降低，前除霜流量、左側除霜流量、右側除霜流量分別占總流量的79.7%、9.6%、10.7%，滿足設計目標。

表4 優化后流量分配 %

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域速度分布不均。A區、A′區與B區平均速度分別為2.5 m/s、2.5 m/s、1.8 m/s，滿足設計目標，如圖10和表5所示。

表5 優化后前擋除霜吹拂速度分布 m·s-1

4.3 側除霜氣流吹拂速度

如圖11和表6所示：優化后，駕駛側玻璃平均風速略降低，為1.3 m/s,接近設計目標，但考慮到其1 m/s的平均風速所吹拂的范圍比改進前有所提升，且燃燒點的分布位置更接近于后視鏡的通過區域內，因此此改進結果可以接受；乘員側玻璃平均風速略降低，為1.5 m/s，其1 m/s的平均風速分布范圍增加，滿足設計目標。

表6 優化后側窗除霜吹拂速度分布 m·s-1

5 結論

(1)優化后，前除霜與兩側除霜流量分配滿足設計目標；

(2)優化后，前擋玻璃平均速度滿足設計目標；

(3)優化后，右側窗玻璃平均速度均滿足設計目標；左側窗玻璃平均速度接近設計目標，可以接受。

【1】祁照崗，陳江平，胡偉.汽車空調風道CFD研究與優化[J].汽車工程，2005，27(1)：103-106.

【2】朱娟娟，蘇秀平，陳江平.汽車空調除霜風道結構優化研究[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，工學學士，助理工程師，現從事內外飾設計工作。E-mail:qingshuiwuhen2006@126.com。

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A

1674-1986(2016)06-032-04