基于CFD分析的某车型空调除霜风道优化设计

李伟

(江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

基于CFD分析的某车型空调除霜风道优化设计

李伟

(江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

应用CFD数值分析软件，对设计车空调除霜过程进行空气流动的数值模拟分析，模拟出前风窗玻璃及侧窗玻璃上气流吹拂情况。根据分析结果，对空调风道进行优化设计。优化后结果满足设计要求。

空调风道；CFD分析；气流吹拂速度；优化设计

0 引言

随着汽车市场的竞争日益激烈，作为衡量汽车优劣标准之一的空调系统越来越受到顾客的关注。尤其是在冬天和阴雨天行车时，由于室内外温度和湿度差异，汽车玻璃上很容易出现冰霜或者雾气，结在汽车挡风玻璃上的冰霜和雾气会严重影响驾驶员的视野，对行车安全产生危害，须尽可能地除去车窗玻璃上的霜层。

文中以某型汽车风道系统的实体模型为研究对象，利用CFD数值模拟技术对空调除霜风道进行分析及优化，以改善汽车空调除霜系统性能。

1 分析内容

1.1 模型描述

根据数模建立空调除霜分析模型。采用数模为HVAC、除霜风道、前围板、挡风玻璃、仪表板、车厢内饰和地板(其中挡风玻璃参照GB-11556划分为A区、A′区和B区3个部分，其中B区包括A区和A′区，侧窗玻璃根据总布置提供的驾驶员视野范围确定侧除霜参考区域，见图1)。

在风道表面生成非结构化三角形网格，单元大小约为3 mm；在模型内部空气域生成非结构化Poly网格，长度约为12 mm。为了能够更精确模拟近壁面区域流体的流动情况，从模型壁面开始向内拉伸3层棱柱形网格。其中单元总数约为410万，且网格连续、均匀、过渡平缓。

入口边界条件为质量流量进口：0.102 083 kg/s；出口边界为压力出口。空气密度为1.225 kg/m3。

为了便于表述，这里为除霜风道各出风口分别定义名称，文中除另有说明，将统一使用该名称，如图2所示。

1.2 标准要求

1.2.1 流量分配

除霜风道各出风口流量分配要求如表1所示。

表1 流量分配要求

1.2.2 气流吹拂速度

1.2.2.1 前除霜气流吹拂速度

前挡风玻璃3个区域气流吹拂速度要求如表2所示。

表2 前除霜气流吹拂速度要求

1.2.2.2 侧除霜气流吹拂速度

侧窗玻璃区域驾驶侧和乘员侧气流吹拂速度要求如表3所示。

表3 侧除霜气流吹拂速度要求

2 CFD分析结果

2.1 流量分配

如图3所示：前除霜流量、左侧除霜流量右侧除霜流量，分别占总流量的78.3%、10.4%、11.3%，满足设计目标。

2.2 气流吹拂速度

2.2.1 前除霜气流吹拂速度

图4表示贴近前挡风玻璃内表面气流速度云图，整个前挡风玻璃上的气流速度分布范围：A区平均风速2.1 m/s，A′区平均风速2.5 m/s，B区平均风速1.9 m/s。A区气流吹拂速度不符合标准要求，需要进行优化。

2.2.2 侧除霜气流吹拂速度

图5表示贴近侧窗玻璃内表面气流速度云图，侧除霜驾驶侧和乘员侧风速最大值位于驾驶员观察后视镜通过区域，驾驶员侧风速1.4 m/s，乘员侧风速1.5 m/s。驾驶员侧风速略小于标准要求。

3 风道数据优化

针对前挡风玻璃较小的问题，做出以下改进以增大出风量，增加风速：

(1)左侧数第6、第7与第8个出风口下的U形间隙增大4 mm(见图6);

(2)前除霜格栅间隔全部改为5 mm×3 mm 的结构(见图6);

(3)两侧除霜盖板与中间盖板连接处宽度从26 mm减小至16 mm(见图6—7);

(4)右侧数第6与第7个出风口下的U形间隙增大4 mm(见图7);

针对驾驶员侧风速偏小问题调整左侧除霜格栅角度，如图8—9所示。

4 改进验证

4.1 流量分配

如表4所示：优化后，两侧除霜流量略降低，前除霜流量、左侧除霜流量、右侧除霜流量分别占总流量的79.7%、9.6%、10.7%，满足设计目标。

表4 优化后流量分配 %

4.2 前除霜气流吹拂速度

车道偏离器使得前挡玻璃中部区域速度分布不均。A区、A′区与B区平均速度分别为2.5 m/s、2.5 m/s、1.8 m/s，满足设计目标，如图10和表5所示。

表5 优化后前挡除霜吹拂速度分布 m·s-1

4.3 侧除霜气流吹拂速度

如图11和表6所示：优化后，驾驶侧玻璃平均风速略降低，为1.3 m/s,接近设计目标，但考虑到其1 m/s的平均风速所吹拂的范围比改进前有所提升，且燃烧点的分布位置更接近于后视镜的通过区域内，因此此改进结果可以接受；乘员侧玻璃平均风速略降低，为1.5 m/s，其1 m/s的平均风速分布范围增加，满足设计目标。

表6 优化后侧窗除霜吹拂速度分布 m·s-1

5 结论

(1)优化后，前除霜与两侧除霜流量分配满足设计目标；

(2)优化后，前挡玻璃平均速度满足设计目标；

(3)优化后，右侧窗玻璃平均速度均满足设计目标；左侧窗玻璃平均速度接近设计目标，可以接受。

【1】祁照岗，陈江平，胡伟.汽车空调风道CFD研究与优化[J].汽车工程，2005，27(1)：103-106.

【2】朱娟娟，苏秀平，陈江平.汽车空调除霜风道结构优化研究[J].汽车工程，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

李伟(1983—)，男，工学学士，助理工程师，现从事内外饰设计工作。E-mail:qingshuiwuhen2006@126.com。

U463.85+.1

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1674-1986(2016)06-032-04