空調主機分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孫強，陳昌瑞，郭艷，馬騰飛，常先強

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

空調主機分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孫強，陳昌瑞，郭艷，馬騰飛，常先強

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

文章通過對空調分配箱不同模式下的流場分析，找出空調箱內部氣流產生的漩渦多集中于風門和限位板位置。氣流在接觸到風門后產生分流，伴隨著漩渦的產生和局部流速的增加，可能會產生一定的噪聲。通過優化風門旋轉角度減少渦流的產生。

模式風門；渦流；風量

Abstract:Through the analysis of the flow field under different modes of air conditioning distribution box, it is found that the vortex produced by the airflow in the air conditioning box is concentrated in the throttle and the limiting plate position.The airflow produces shunt after contacting the air door, which may produce some noise with the increase of vortex and the increase of local flow velocity. Reduce swirl by optimizing the angle of rotation of the damper.

Keywords: Mode damper; Vortex; Air volume

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-158-03

引言

空調主機的分配箱作為一個輸出端，在這個腔體中實現汽車空調各個模式的一個風量分配和溫度混合。在分配箱內部存在以下部件：

1）兩個芯體：蒸發芯體、暖風芯體；

2）一個溫度電機風門，至于蒸發芯體和暖風芯體之間；

3）若干個模式電機風門，實現吹面、除霜、吹腳、后吹腳、后吹面等。

為了實現各個模式下的溫度需求，空調分配箱下的風道及風門配合使用，其內部的風噪及渦流將造成風量損失及噪音。本文將針對某車型的空調分配箱二維仿真優化分析進行闡述。

1 模型建立

圖1 空調分配箱三維數模

圖2 吹面模式、除霜模式、吹腳模式

在坐標系中沿y=32mm平面截取二維模型，簡化后并分別定義為吹面模式、除霜模式和吹腳模式，如圖1、圖2所示。

為了更好的分析空調箱內部流場分布，以及有無可能產生噪聲的情況，因此對空調箱進行三種模式不同風量下的流場分析，各模式風量選取和入口速度設置見表1、2、3：

表1 吹面模式風量及入口速度

表2 除霜模式風量及入口速度

表3 吹腳模式風量及入口速度

2 模擬和分析

2.1 吹面模式

吹面模式不同風量下壓力云圖如圖3所示：

圖3 500、450、400 CMH壓力云圖

三種風量下，相同位置出現兩處負壓區，標記1處負壓區同時位于除霜風道和吹面風道上，無法避免;標記2處負壓區由吹面風門引起，會產生漩渦，可能會引起噪聲。

取風量為500CMH時的速度矢量云圖（圖4）為代表進行分析：

→ 1處漩渦由于限位板阻擋引起（此處限位板和風門6mm 耦合，不能修改）；

→ 2處漩渦由于風門阻擋使氣體分流產生；

→ 3處流速很高，可能會產生噪聲。

圖4 500CMH速度矢量圖

2.2 除霜模式

圖5 400、350、300 CMH壓力云圖

圖6 400、350、300 CMH速度矢量圖

云圖范圍一致前提下，紅圈處為負壓區（超出顯示范圍）；隨著風量增大，該處負壓區面積擴大，存在引發噪聲風險。

氣流在風門頂風角分叉開，兩股氣流速度分配不是很理想，右上方氣流流向形成尖角，很容易產生噪聲。

2.3 吹腳模式

圖7 400、350、300 CMH壓力云圖

圖8 400、350、300 CMH速度矢量云圖

3 優化改進

根據二維模擬的結果，針對吹面模式下吹面風門的角度和除霜模式下除霜風門的角度提出優化建議如下：

3.1 吹面模式

將吹面風門旋轉不同角度，再次進行模擬，并對比結果，旋轉角度見表4：

表4

對比各方案后發現，順時針旋轉10°效果最優

優化前后速度矢量云圖，圖9（吹面模式）：

圖9 修改前（左）、順時針旋轉10°（右）

3.2 除霜模式

選取 400CMH風量為代表，同樣將除霜風門旋轉不同角度，再次對比模擬結果。風門旋轉角度選取如下表5所示：

表5 旋轉角度

對比發現，順時針旋轉10°時效果最優。優化前后速度矢量云圖，如圖10所示：

圖10 修改前（左）、順時針旋轉10°（右）

結論

空調分配箱部分主要分析內部各風門、限位板等對氣流的擾動是否會對整體噪音產生影響，采取二維模擬在能夠反映內部氣流流動與分布情況的同時，簡化了網格劃分和fluent計算的工作量，提高了工作的效率。

根據二維模擬結果，在吹面、除霜和吹腳三種模式下，空調箱內部氣流產生的漩渦多集中于風門和限位板位置，氣流在接觸到風門后產生分流，伴隨著漩渦的產生和局部流速的增加，可能會產生一定的噪聲。

該部分的優化集中于風門旋轉角度的調整，針對吹面模式和除霜模式，將風門順時針或逆時針旋轉，角度增加步長為5°，并在相同邊界條件下用fluent進行模擬，結果顯示，兩種模式下，都在將風門順時針旋轉10°后，風門附近氣流漩渦得到有效減弱，有利于降低噪音。

[1] 蘇為等. 汽車空調送風溫度均勻性優化設計與試驗研究[J] 試驗-測試 2008.

[2] 孫學軍等.轎車空調車室空氣流場數值模擬[J]上海交通大學學報1996.

[3] 張立智等空調側出風結構中出風溫度均勻性的改進[J] 家電科技2009.

[4] 周健等 基于平行流蒸發器結霜問題的試驗研究及解決方案[J]汽車電器 2011.

[5] 朱娟娟等 汽車空調風道結構數值優化分析[J]制冷技術2004.

[6] 程勉宏等 汽車空調風道設計對車內噪聲的影響[J]沈陽航空工業學院學報2005.

CFD Simulation Analysis Of Air Conditioner Main Distribution Box

Du Shiyun, Sun Qiang, Chen Changrui, Guo Yan, Ma Tengfei, Chang Xianqiang
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U467 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-158-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.055

杜士云，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。