0 前言
随着汽车技术的不断发展，以及人们对汽车舒适性的要求提高，空调在汽车上的配置越来越普遍。本公司某款车发生在低速、怠速时空调系统制冷能力不足的问题。初步分析发生此现象的原因是位于机舱内的散热元件冷凝器不满足使用要求。于是，我们应用三维流体分析软件STAR-CCM+对其机舱流场进行了未加热源的冷态流场的分析计算，进一步分析问题的原因。
1 原设计车模拟模型及边界条件
模拟流程是先将车辆的三维CAD模型进行网格划分，及一些特殊处理及设定边界条件，然后解算。
1.1 原设计车模型
模拟的物理模型为：将该款车置于某风洞进行流场测试。图1a）为车辆网格化后的模型，b）为车辆在风洞内固定安装位置后的整体仿真域模型。
图1 风洞流场测试
1.2 假设及边界条件
假定及简化主要包括：i)空气密度视为常数，不随压力的变化而变化；ii)风扇以均匀转速运行；iii)散热器、冷凝器采用多孔介质处理；iv)风扇采用风扇动量源模型方式处理；v)几何简化，一些不重要的比较小的几何特征作了简化处理；vi)计算量与硬件综合考虑，未考虑机舱内各热源的发热量引起的温度变化的影响。
模拟的风洞测试环境条件：i)温度为40℃，查得此时空气密度1.128kg/m3，粘度1.91e-5 Pa-s；ii)整个计算域入口类型为velocityinlet；iii)出口类型为pressure outlet，出口压力均为101325Pa；iv)计算工况分别为车速0km/h、40km/h。
2 原设计车结果及分析
2.1 流经换热器的流量及压力
表1 不同工况下通过换热器以及格栅、风扇的空气流量
表1为各工况下空气流量分配(m3/h)。怠速时，风扇起主要作用，冷却空气不仅从格栅进入机舱，还有其他入口，因此格栅进气量相比较于流经换热器的流量而言较小。随着车速增加，各处风量均有增加，尤其是格栅入口处，其流量己超过散热器流量。同时，经过与以往分析的车型相比较，此车型在怠速、低速时的冷却空气流量并无明显亏缺。
2.2 机舱内的流场分布
图2 热风回流通路一
图3 热风回流通路二
从图2、图3中，可以看到比较明显的回流通路，图2为冷凝器侧边，图3为冷凝器底部。经过冷凝器和散热器的热风经回流通路回到冷凝器之前，与温度较低的新风相混合，使冷却空气的温度提高，从而降低了对换热器内热流体的冷却效果。
3 优化设计后的改进模型及结果
3.1 改进车模型
图4 改进车模型
为了改善车载空调低速时的性能，结合文中2.2计算所发现的问题，对车载空调系统进行了整改，主要措施是：1）加大冷凝器面积，以期增强冷凝器换热；2）在回流比较严重的部位，增加了导流板。如图4所示。
3.2 改进车机舱流场分析结果
表2 改款前后流量对比（车速40km/h）
表2为改款前后流经各重要监测面的流量对比(m3/h)，可以看到，改款后，各处风量均有所下降，最大降幅达20%。这主要是由于冷凝器加大，以及添置了冷凝器导流板后，机舱内流动阻力增大，而机舱入口格栅开口面积及形状未变，从而造成进入机舱内的空气流量减小所致。同时从图5中可以看到，图2所描述的回流显著减少。图3中的回流同样减少。这样，冷却空气的品质得到改善。
图5 改款后冷凝器侧边的速度分布
4 原设计车及改进车样件装车测试结果
先后进行了原设计车及改进车分别在车速为怠速、40km/h、60km/h、120km/h时的空调降温实验，按照公司相关标准进行评价。
两车型最差结果均出现在怠速工况，原设计车乘员头部平均温度为33.5℃，空调制冷等级为七级，空调舒适度为热。空调冷凝器结构优化后，乘员头部平均温度为27.5℃，制冷等级为四级，舒适度为舒适。从而证明了冷凝器改进后增大了空调系统换热量，原设计车在怠速时制冷量不足的问题得到了解决。
5 结论
利用STAR-CCM+计算了某型车在其发生空调制冷量不足问题的怠速、低速时的冷态的机舱流场，得到了流经冷凝器、散热器等的冷却空气流量。经与其他车型分析结果对照，空气流量并无明显亏缺。同时得出了其流速、压力等流体参数分布，发现了一些回流等问题。
根据发现的问题，对冷凝器进行了改进，并用同样的方法，对改进车进行了机舱流场分析。对比原款车，各监测处风量均有所下降，但主要下降量为回流热风，因此，冷却空风量气的品质是有所改善的。经过改善后的样件装车测试，车载空调器在低速、怠速时冷量不足得到解决。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
本文标题：机舱流场分析在汽车空调优化设计中的应用
相关文章
