空調(diào)主機(jī)分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孫強(qiáng)，陳昌瑞，郭艷，馬騰飛，常先強(qiáng)

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

空調(diào)主機(jī)分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孫強(qiáng)，陳昌瑞，郭艷，馬騰飛，常先強(qiáng)

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

文章通過對(duì)空調(diào)分配箱不同模式下的流場分析，找出空調(diào)箱內(nèi)部氣流產(chǎn)生的漩渦多集中于風(fēng)門和限位板位置。氣流在接觸到風(fēng)門后產(chǎn)生分流，伴隨著漩渦的產(chǎn)生和局部流速的增加，可能會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。通過優(yōu)化風(fēng)門旋轉(zhuǎn)角度減少渦流的產(chǎn)生。

模式風(fēng)門；渦流；風(fēng)量

Abstract:Through the analysis of the flow field under different modes of air conditioning distribution box, it is found that the vortex produced by the airflow in the air conditioning box is concentrated in the throttle and the limiting plate position.The airflow produces shunt after contacting the air door, which may produce some noise with the increase of vortex and the increase of local flow velocity. Reduce swirl by optimizing the angle of rotation of the damper.

Keywords: Mode damper; Vortex; Air volume

CLC NO.: U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-158-03

引言

空調(diào)主機(jī)的分配箱作為一個(gè)輸出端，在這個(gè)腔體中實(shí)現(xiàn)汽車空調(diào)各個(gè)模式的一個(gè)風(fēng)量分配和溫度混合。在分配箱內(nèi)部存在以下部件：

1）兩個(gè)芯體：蒸發(fā)芯體、暖風(fēng)芯體；

2）一個(gè)溫度電機(jī)風(fēng)門，至于蒸發(fā)芯體和暖風(fēng)芯體之間；

3）若干個(gè)模式電機(jī)風(fēng)門，實(shí)現(xiàn)吹面、除霜、吹腳、后吹腳、后吹面等。

為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)模式下的溫度需求，空調(diào)分配箱下的風(fēng)道及風(fēng)門配合使用，其內(nèi)部的風(fēng)噪及渦流將造成風(fēng)量損失及噪音。本文將針對(duì)某車型的空調(diào)分配箱二維仿真優(yōu)化分析進(jìn)行闡述。

1 模型建立

圖1 空調(diào)分配箱三維數(shù)模

圖2 吹面模式、除霜模式、吹腳模式

在坐標(biāo)系中沿y=32mm平面截取二維模型，簡化后并分別定義為吹面模式、除霜模式和吹腳模式，如圖1、圖2所示。

為了更好的分析空調(diào)箱內(nèi)部流場分布，以及有無可能產(chǎn)生噪聲的情況，因此對(duì)空調(diào)箱進(jìn)行三種模式不同風(fēng)量下的流場分析，各模式風(fēng)量選取和入口速度設(shè)置見表1、2、3：

表1 吹面模式風(fēng)量及入口速度

表2 除霜模式風(fēng)量及入口速度

表3 吹腳模式風(fēng)量及入口速度

2 模擬和分析

2.1 吹面模式

吹面模式不同風(fēng)量下壓力云圖如圖3所示：

圖3 500、450、400 CMH壓力云圖

三種風(fēng)量下，相同位置出現(xiàn)兩處負(fù)壓區(qū)，標(biāo)記1處負(fù)壓區(qū)同時(shí)位于除霜風(fēng)道和吹面風(fēng)道上，無法避免;標(biāo)記2處負(fù)壓區(qū)由吹面風(fēng)門引起，會(huì)產(chǎn)生漩渦，可能會(huì)引起噪聲。

取風(fēng)量為500CMH時(shí)的速度矢量云圖（圖4）為代表進(jìn)行分析：

→ 1處漩渦由于限位板阻擋引起（此處限位板和風(fēng)門6mm 耦合，不能修改）；

→ 2處漩渦由于風(fēng)門阻擋使氣體分流產(chǎn)生；

→ 3處流速很高，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。

圖4 500CMH速度矢量圖

2.2 除霜模式

圖5 400、350、300 CMH壓力云圖

圖6 400、350、300 CMH速度矢量圖

云圖范圍一致前提下，紅圈處為負(fù)壓區(qū)（超出顯示范圍）；隨著風(fēng)量增大，該處負(fù)壓區(qū)面積擴(kuò)大，存在引發(fā)噪聲風(fēng)險(xiǎn)。

氣流在風(fēng)門頂風(fēng)角分叉開，兩股氣流速度分配不是很理想，右上方氣流流向形成尖角，很容易產(chǎn)生噪聲。

2.3 吹腳模式

圖7 400、350、300 CMH壓力云圖

圖8 400、350、300 CMH速度矢量云圖

3 優(yōu)化改進(jìn)

根據(jù)二維模擬的結(jié)果，針對(duì)吹面模式下吹面風(fēng)門的角度和除霜模式下除霜風(fēng)門的角度提出優(yōu)化建議如下：

3.1 吹面模式

將吹面風(fēng)門旋轉(zhuǎn)不同角度，再次進(jìn)行模擬，并對(duì)比結(jié)果，旋轉(zhuǎn)角度見表4：

表4

對(duì)比各方案后發(fā)現(xiàn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°效果最優(yōu)

優(yōu)化前后速度矢量云圖，圖9（吹面模式）：

圖9 修改前（左）、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°（右）

3.2 除霜模式

選取 400CMH風(fēng)量為代表，同樣將除霜風(fēng)門旋轉(zhuǎn)不同角度，再次對(duì)比模擬結(jié)果。風(fēng)門旋轉(zhuǎn)角度選取如下表5所示：

表5 旋轉(zhuǎn)角度

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°時(shí)效果最優(yōu)。優(yōu)化前后速度矢量云圖，如圖10所示：

圖10 修改前（左）、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°（右）

結(jié)論

空調(diào)分配箱部分主要分析內(nèi)部各風(fēng)門、限位板等對(duì)氣流的擾動(dòng)是否會(huì)對(duì)整體噪音產(chǎn)生影響，采取二維模擬在能夠反映內(nèi)部氣流流動(dòng)與分布情況的同時(shí)，簡化了網(wǎng)格劃分和fluent計(jì)算的工作量，提高了工作的效率。

根據(jù)二維模擬結(jié)果，在吹面、除霜和吹腳三種模式下，空調(diào)箱內(nèi)部氣流產(chǎn)生的漩渦多集中于風(fēng)門和限位板位置，氣流在接觸到風(fēng)門后產(chǎn)生分流，伴隨著漩渦的產(chǎn)生和局部流速的增加，可能會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。

該部分的優(yōu)化集中于風(fēng)門旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)整，針對(duì)吹面模式和除霜模式，將風(fēng)門順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，角度增加步長為5°，并在相同邊界條件下用fluent進(jìn)行模擬，結(jié)果顯示，兩種模式下，都在將風(fēng)門順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°后，風(fēng)門附近氣流漩渦得到有效減弱，有利于降低噪音。

[1] 蘇為等. 汽車空調(diào)送風(fēng)溫度均勻性優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J] 試驗(yàn)-測試 2008.

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[5] 朱娟娟等 汽車空調(diào)風(fēng)道結(jié)構(gòu)數(shù)值優(yōu)化分析[J]制冷技術(shù)2004.

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CFD Simulation Analysis Of Air Conditioner Main Distribution Box

Du Shiyun, Sun Qiang, Chen Changrui, Guo Yan, Ma Tengfei, Chang Xianqiang
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-158-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.055

杜士云，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。