空调风道设计影响因素

敬文博，吴刚，范金永

（江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

空调风道设计影响因素

敬文博，吴刚，范金永

（江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

空调风道是汽车空调中不可或缺的一部分。风道设计的合理性，亦直接影响到汽车内部的舒适性。文章主要讨论了在汽车空调风道设计中需要考虑的因素，以及压力损失的分类和影响因素，为空调风道设计提供一定的技术参考。

汽车空调；风道；噪音；压力损失

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

引言

随着科技进步和人们生活水平的日益提高，现代汽车上的空调设备已经成为一项不可或缺的部分，而且对空调系统的要求也不仅仅停留在能吹冷风这样的阶段，而是上升到更高层次。现在对空调系统的要求有温度、湿度、气流、辐射、洁净度、噪声等几个方面。由于空调一定要有空气的流动，一般由风机完成。风机的噪声及空气通过风道而产生的噪声使人感到不舒服，因而减少风机噪声及气流噪声也成了空调的任务。风道的送风性能好坏直接影响车内的温度场和速度场的均匀性，从而影响该车的舒适性。因此，空调的风道已经成为汽车设计中不可缺少的重要组成部分，风道设计的合理性，也直接影响到汽车内部的舒适性。

1、风道设计影响因素

1.1 匹配设计的影响

在空调风道设计时，必须考虑车身总布置和内饰造型设计中与风道有关的情况。空调车风道既起着引导通风的作用，同时又是内饰的重要组成部分，其结构及造型的优劣直接影响内饰的整体风格。在确定了风道的基本形状后，根据空调设备的出风量和所选定的风道内空气流速，参考车厢内饰的要求。即可定出风道截面的具体尺寸。

1.2 风量损失的影响

风道需具备导引风流向的功能，空调风必须在这一密闭的通道内流动才能按所设计的流向、流量及流速流动。风道若有泄漏则难以保证空调系统功能的正常发挥。同时应尽量减少风道中的压力损失，沿程压力损失和局部压力损失没有控制得当的话，将会降低风量，并且增大噪音。

1.3 分风比的影响

风道设计时需考虑分风比的要求，为了减少设备风机压力，降低功率消耗，避免产生噪声，主风道的风速应控制在低速送风范围内。到达各支管的风量应符合预期分风比。

1.4 气流噪声的影响

风道内的气流噪声必须控制在允许范围内，实现对气流噪声的控制就必须对风道内的风速进行控制。通常新风入口处风速5~6m/s，主风道风速5.5~8m/s，支风道风速4~5.5m/s，出风口风速6.5~11m/s。

2、风道压力损失

2.1 沿程压力损失

沿程压力损失是空气沿管壁流动时，由空气与管壁之间的摩擦以及空气分子内部之间的摩擦而产生的。空气在截面不变的管道中流动且空气量保持不变，沿程压力损失可按式（1）计算：

式中：P——沿程压力损失

Pm——比摩阻

L——风道长度

比摩阻Pm可以用式（2）来计算，

式中：λ——摩擦阻力因数；

v——风道内空气的平均流速，m/s；

ρ——空气密度，kg/m3；

Rs——风道的水力半径；

A——风道的过流断面面积，m3；

P——风道的过流断面周长，m；

式中：a——矩形风道长边的内边长，m；

b——矩形风道短边的内边长，m。

式中摩擦阻力因素的确定比较复杂，通常按下述简化公式进行计算。

1）风道材料为薄钢板，风道内壁表面各凸出部分（绝对粗糙度）的平均高度h=15mm时，摩擦因数λ值为：

2）风道材料为塑料板或玻璃钢，绝对粗糙度为h=1.0mm时，摩擦因数λ值为：

2.2 局部压力损失

空气在风道内流动时，遇到空气流量、流速及方向任一参数发生改变时，都会产生涡流或速度的重新分布，从而使流动阻力大大增加，造成能量上的损失，这类损失称为局部压力损失（Δpj）。Δpj可以根据式（3）来计算：

式中：ξ——局部阻力系数，其值根据相应的风道界面气流速度查阅有关工程手册。

3、风道压力损失的影响因素

3.1 沿程压力损失的影响因素

风道的设计要根据整机性能进行匹配，送风量及风速的确定跟整车热负荷有关。整车热负荷的计算参见相关文献。风道截面F计算：

式中：Q——理论送风量

Vd——理论流速

假设风道截面为矩形，长短边分别为a、b，则风道的沿程压力损失可以用式（9）来计算：

因为F=ab，式（10）可写成：

根据式（11），λ是一个关于D和v的函数，此时v已确定为一个常数，只有D是一个变量。

在矩形风道中，D是一个关于a和b的函数。

图1

当风道截面积相同，均为F时，正方形风道的水力半径为：

圆形风道水力半径为：

根据式（2）式（15），Pm关于D的函数是减函数，所以：

由以上计算，我们可以知道：

（1）总风量相同，风道截面相同时，在矩形风道中，矩形的边长相差越小，比摩阻越小，最小的是正方形截面。

（2）总风量相同，风道截面相同时，圆形风道的比摩阻小于矩形风道的比摩阻。

3.2 局部压力损失的影响因素

（1）风道截面的突变。风道截面的突变会导致气流速度变化，产生涡流，形成局部阻力，损失能量。

（2）弯道。由于空气流过弯道时，方向改变，气流的主流脱离壁面，使局部区域出现真空，气流在局部区域回旋，造成能量损失，并且产生噪声。

（3）出风口的局部阻力。出风口的流速大，截面小，阻力大。

（4）进风口的局部阻力。气流进入风道时，产生方向变化和涡流，造成局部阻力。不同的进口形式，其局部阻力系数相差很多。图为几种进风口结构的阻力系数。

图2

（5）管件连接。管件连接的地方容易产生局部压力损失和噪声，需要设计合理的结构。

4、结论

空调风道的设计，不仅要考虑周边部件的布置情况，以及对内饰造型的直接影响，更要考虑内部气流的流场分析，注意设计细节，以保证其性能的优异。尽可能的减少风量损失，控制风噪影响因素，减少设备风机的压力，降低功率消耗。本文主要讨论了在汽车空调风道设计中需要考虑的因素，以及压力损失的分类和影响因素，并为空调风道设计提供一定的技术参考。

[1] 傅立敏.汽车空气动力学[M].北京:机械工业出版社,1998.

[2] 关志伟.汽车空调.人民交通出版社,2009,3-26.

[3] 梁荣光,何文韶,朱志强,杨丽明.现代汽车空调技术.华南理工大学出版社,2003.

[4] 陶其铭,许志宝,夏广飞.汽车空调除霜风道分析及结构优化[J].合肥工业大学学报,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，就职于江淮汽车股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.027