基于温度线性控制的汽车空调HVAC总成分析

2021-12-09李思维徐小兵

运输经理世界 2021年15期

文/李思维、徐小兵

1 前言

在温度线性控制模式的应用背景下，通过优化和完善汽车空调HVAC 总成结构，不仅可以实现对HVAC 总成内部流道的科学设计，提高汽车空调的运行性能，而且还能降低HVAC 内部阻力，将汽车空调的功耗降到最低，以起到节能降耗的作用；另外，其还能够保证汽车内部环境的舒适性，在对汽车空调风口的科学设置方面发挥出重要作用。为了充分发挥和利用温度线性控制模式的应用优势，如何科学地分析和汽车空调HVAC 总成是技术人员必须思考和解决的问题。

2 汽车空调HVAC 总成概述

HVAC 总成主要由蒸发器、离心式风机、进风罩等零件组成，通过这些零件布置于汽车内仪表板底部，可以保证汽车空调制冷效果[1]。另外，HVAC 总成作为汽车空调系统的重要组成部分，不仅可以调节车内温度、湿度、空气流速，还能实现对车内空气的净化，为提高乘坐的舒适性、美化车内装饰打下坚实基础。

3 基于温度线性控制的汽车空调HVAC总成计算模型建立

计算区域离散化作为HVAC 总成计算模型构建的首要环节，需要根据所需要计算模型特点科学地确定出计算区域，并在此基础上，采用几何处理方式，精确计算出模型相关参数，然后严格按照模型计算相关标准和要求，构建相应的网格模型，并选用科学的离散方法。

3.1 模型结构设计

在这一环节中，需要HVAC 总成划分为以下两个组成部分：一个是前置HVAC 系统模型，另一个是顶置HVAC 系统模型，便于全面地了解和把握系统内部流道的变化情况。

3.2 模型简化

一方面，通过利用ANSAV13.1.3 软件，运用几何简单处理的方法，经过处理模型，可以使流场和模型之间的一致性与统一性得到有效保障；另一方面，还需要尽量保存风口模型的原始形状，从而得出简化后HVAC 模型。

3.3 网格划分

网格划分主要是指通过对模型计算流程进行真实化模拟，将计算模型区域划分为若干个网格，然后借助离散化求解法，根据网格的数量，精确出模型计算的精确度。例如：通过利用ANSA 软件，就可以实现对汽车空调蒸发器系统的网格化划分。

4 基于温度线性控制的汽车空调HVAC总成结构优化

4.1 优化前置HVAC

对于原设计模型而言，由于进风道的放置角度不合理，导致模型内部空气流动不畅，进而引发流场出现涡旋不科学问题。为了解决这一问题，现提出以下两种优化模型，以实现对原设计模型的科学优化[2]。

4.1.1 优化模型1

优化模型1 在具体的设计中，在模型拐弯位置安装与固定两块大小不同的导流板，接近入口位置的导流板长度为315mm，宽度为36mm；接近于蒸发器底部的导流板长和宽分别为300mm、20mm，与入口距离较近的导流板尺寸相对较大，这是由于与进口距离较近的地方所对应的流道体积比较大，空气通入量较多，这无疑增加了引导面积，进而使得该位置处的导流板尺寸较大[3]。

4.1.2 优化模型2

优化模型2 在具体的设计中，主要是在优化模型1 的基础上改进后形成的，通过将长和宽分别为280mm、120mm 的导流装置安装和固定与优化模型1上，所添加的导流装置呈现出凸台状。其目的是降低空气的流动空间，使得大量的空气快速进入蒸发器中，从而提高蒸发器进口面的空气流速[4]。

4.2 原模型与优化后模型计算结果比较

采取制冷吹面方法，对比分析原模型和完善后模型的计算结果，然后结合最后的对比分析结果，有效处理优化模型的涡旋问题，使得蒸发器进口面速度分布具有一定的合理性和均匀性。优化模型1 所对应的涡旋范围影响程度较小，优化模型2 是在优化模型1 的基础上进行设计的，所对应的涡旋影响程度更小，通过比较不同优化模型蒸发器进口截面的风速分布状况能够看出：优化模型2 与优化模型1 相比较高，优化模型1 与原模型相比较优。对于原模型而言，蓝色低速区和红色高速区分别分布于位于蒸发器进口截面的正下方、左下方，导致蒸发器的空气流动过程中存在不均衡的现象。从优化模型1 方面来看，蓝色范围中存在减弱状态，但是优化模型2 的蓝色低速范围和红色范围全部消失，使得蒸发器速度流场表现出一定的合理性和均匀性。

前置HVAC 制冷吹面模式下各截面静压（Pa）、速度（m/s）、温度（K）情况如下：原模型进风口为76m/s、出风口为-0.06m/s、蒸发器进风口为205.88m/s、蒸发器出风口为60.26m/s、蒸发器压降145.63Pa；优化模型2 的进出风口分别为71.02m/s与-0.07m/s、蒸发器的进出风口分别为194.74m/s 与53.7m/s、蒸发器压降141.05Pa；差值为-4.99m/s和-0.02m/s、-11.15m/s、-6.57m/s、-4.59Pa。从这些数据可以看出，优化模型2 所对应的蒸发器压降低为141.05Pa，通过和原模型进行对比，蒸发器的静压值明显降低4.58Pa，如果蒸发器的压降一直保持持续下降的趋势，蒸发器的阻力下降至最低；此时，出风口的风速会不断增加。优化模型2 所对应的蒸发器风速达到了4.85m/s，与原模型相比，其速度整整增加了0.41m/s，增加量几乎达到了10%。前置HVAC制冷吹面模式下各截面速度（m/s）：原模型进风口24.29、出风口4.44、蒸发器进风口8.05、蒸发器出风口2.06；优化模型2 的进风口24.29、出风口4.85、蒸发器进风口7.69、蒸发器出风口2.06；差值为0、0.42、-0.37、0。优化模型2 所对应的蒸发器风温为274.90K，通过将优化模型2 和原模型进行比较，该模型的速度下降了4.11K，明显提高了蒸发器的换热效率。前置HVAC 制冷吹面模式下各截面温度（K）：原模型进风口303.16、出风口280、蒸发器进风口298.34、蒸发器出风口272.23；优化模型2 的进风口303.16、出风口274.9、蒸发器进风口296.7、蒸发器出风口271.77；差值为0、-4.12、0.37、-0.47。

4.3 优化顶置HVAC

为了解决蒸发器出风口风速不均匀问题，提高空气流动的顺畅性，科学修改和优化出口角度。当出口角度优化后，优化模型1 指出风口的速度达到了4.9m/s，风速整整增加了25%，这说明蒸发器出风口的风速分布变得更加合理化、均匀化。同时，从这些数据我们还能够发现，经过优化处理后的出风口风温持续降低，其下降量高达3.4K，最终实现理想的制冷效果。顶置HVAC 进出风口平均风速：原模型的顶配HVAC 进出风口风速的平均值为3.02m/s 与3.96m/s、顶配HVAC 进出风口的平均风温是303.16K 与289.07K；HVAC 经过优化之后的进出风口风速平均值为3.02m/s 与4.90m/s、顶配HVAC 进出风口的风温的平均值为303.16K 与285.67K；差值为：0、0.95、0、-3.3。