基于CFD的某SUV空調吹腳風道優化研究

陳帆 潘洪迪 劉志楓

摘 要：某SUV在設計開發階段，通過仿真發現空調前排吹腳風道風速分布不均勻，主要表現為局部區域風速較高，而局部區域又吹不到風。后排吹腳風道出風口主要表現為，局部區域不出風。文章通過優化風道截面形狀，然后基于CFD仿真，結果表明優化方案能有效解決風速分布不均，出風口不出風的現象。

關鍵詞：空調;吹腳風道;仿真分析;CFD

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）06-101-03

Abstract： In the course of design and exploitation of a SUV， the uneven distribution of wind speed in the front foot duct， mainly for， wind speed of local area is high， while local area is low. In the rear foot duct， the wind speed of local area is zero. Through optimized cross-section shape of foot duct， then by using CFD method， the uneven distribution of wind speed and no wind in the rear foot duct could be solved.

Keywords： Air-condition; Foot air duct; Simulation; CFD

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-101-03

引言

空調腳部采暖作為整車性能開發的一項重要指標，對提高冬季駕駛舒適性有重要意義。但是在風道設計過程中，由于受空間限制和避讓其它部件影響，導致風道截面也受限制。為保證采暖性能達標，需要在開發階段對設計方案進行評估，目前CFD軟件對吹腳風道采暖的計算非常精確。本文利用Star-ccm+對設計方案仿真并優化，確保采暖性能達標，有效縮短了開發周期。

1 幾何模型介紹

該車型為5座自動擋SUV，吹腳風道有前排吹腳和后排吹腳。其中前排主駕風道有四個出風口，副駕風道有兩個出風口。后排左右吹腳風道各有兩個出風口，出風口截面Z向高度為23mm，如圖1示。

2 吹腳采暖性能指標

吹腳風道采暖性能主要考核腳風量配比，腳面風速及風道出口風速輔助考核。

3 模型建立及邊界條件設置

風道入口設置在HVAC外循環進風口處。采用多面體網格，網格單元大小32mm，出風口處進行體網格加密。最終面網格數量3285980，體網格數量10932650。

3.1 穩態分析邊界

入口設置為體積流量入口，體積流量為260m3 /h（外循環，全暖腳風風量），出口設置為壓力出口。

4 分析結果

Base方案腳風量配比如表2示，可以看出前排副駕腳風量配比只有24.7%，不滿足設計指標。而風道內部壓損平均值達79.2Pa，遠高于公司量產風道壓損平均值。

駕駛員腳面風速分布如圖2示，可以看出右腳腳面風速較高，存在局部熱點區域。由于右腳會長時間踩油門踏板，局部過熱會造成舒適性變差。左腳為歇腳板位置，腳面風速較低，出現局部過冷，舒適性同樣較差。

后排風道出風口表面風速分布如圖3，圖4示?？梢钥闯龊笈趴拷醒胪ǖ赖娘L口風速均較低，左風口平均風速2.45m/s，右風口平均風速2.82m/s。

5 優化方案

根據base方案仿真得出的結論，對前、后排吹腳風道進行優化。將靠近中央通道的兩個前排主駕風道風口連通，最左側風口導向改成斜向歇腳板，如圖5示。

前排副駕風道，將原靠近中央通道的一個風口，分解成兩個風口，如圖6示。

后排左右兩個吹腳風道出口Z向高度，由23減小為18，如圖7示。

6 優化分析結果

從表3看出，優化后的前排副駕腳風量配比為27.2%，滿足設計要求，且風道內部壓損只有49.2Pa，相比優化前大幅減小。

圖8為優化后的駕駛員腳面風速分布圖，可以看出駕駛員右腳腳面風速分布均勻，無局部熱點區域。左腳腳面風速提高，無風速較低區域，采暖舒適性得到改善。

圖9、圖10為優化方案后排風道風口表面風速分布，可以看出靠近中央通道風口風速有大幅提高，左側風口平均風速3.82m/s，右側風口平均風速4.07m/s。

7 結論

優化方案通過調整出風口數量、風道截面形狀以及Z向高度，有效解決風量配比不滿足設計要求、風速分布不均勻及出風口風速低的問題。優化后的吹腳采暖方案，能提高顧客冬季駕駛舒適性，同時該優化方法及過程可作為同類型吹腳風道開發的參考。

參考文獻

[1] Star-ccm+軟件參考文檔.

[2] 張英朝.汽車空氣動力學數值模擬技術[M].北京：北京大學出版社， 2011：166-167.

[3] 范平清，王巖松，陸倩蕓.汽車空調吹腳風門的改進設計與試驗驗證[J].現代制造工程. 2015（7），56-58.

[4] 谷正氣，申紅麗，楊振東，等.汽車空調風道改進及對乘員熱舒適性影響分析[J].重慶大學學報，2013，36（8）.