基于CFD的某SUV空調(diào)吹腳風(fēng)道優(yōu)化研究

陳帆 潘洪迪 劉志楓

摘 要：某SUV在設(shè)計開發(fā)階段，通過仿真發(fā)現(xiàn)空調(diào)前排吹腳風(fēng)道風(fēng)速分布不均勻，主要表現(xiàn)為局部區(qū)域風(fēng)速較高，而局部區(qū)域又吹不到風(fēng)。后排吹腳風(fēng)道出風(fēng)口主要表現(xiàn)為，局部區(qū)域不出風(fēng)。文章通過優(yōu)化風(fēng)道截面形狀，然后基于CFD仿真，結(jié)果表明優(yōu)化方案能有效解決風(fēng)速分布不均，出風(fēng)口不出風(fēng)的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：空調(diào);吹腳風(fēng)道;仿真分析;CFD

中圖分類號：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）06-101-03

Abstract： In the course of design and exploitation of a SUV， the uneven distribution of wind speed in the front foot duct， mainly for， wind speed of local area is high， while local area is low. In the rear foot duct， the wind speed of local area is zero. Through optimized cross-section shape of foot duct， then by using CFD method， the uneven distribution of wind speed and no wind in the rear foot duct could be solved.

Keywords： Air-condition; Foot air duct; Simulation; CFD

CLC NO.： U463 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-101-03

引言

空調(diào)腳部采暖作為整車性能開發(fā)的一項重要指標(biāo)，對提高冬季駕駛舒適性有重要意義。但是在風(fēng)道設(shè)計過程中，由于受空間限制和避讓其它部件影響，導(dǎo)致風(fēng)道截面也受限制。為保證采暖性能達(dá)標(biāo)，需要在開發(fā)階段對設(shè)計方案進(jìn)行評估，目前CFD軟件對吹腳風(fēng)道采暖的計算非常精確。本文利用Star-ccm+對設(shè)計方案仿真并優(yōu)化，確保采暖性能達(dá)標(biāo)，有效縮短了開發(fā)周期。

1 幾何模型介紹

該車型為5座自動擋SUV，吹腳風(fēng)道有前排吹腳和后排吹腳。其中前排主駕風(fēng)道有四個出風(fēng)口，副駕風(fēng)道有兩個出風(fēng)口。后排左右吹腳風(fēng)道各有兩個出風(fēng)口，出風(fēng)口截面Z向高度為23mm，如圖1示。

2 吹腳采暖性能指標(biāo)

吹腳風(fēng)道采暖性能主要考核腳風(fēng)量配比，腳面風(fēng)速及風(fēng)道出口風(fēng)速輔助考核。

3 模型建立及邊界條件設(shè)置

風(fēng)道入口設(shè)置在HVAC外循環(huán)進(jìn)風(fēng)口處。采用多面體網(wǎng)格，網(wǎng)格單元大小32mm，出風(fēng)口處進(jìn)行體網(wǎng)格加密。最終面網(wǎng)格數(shù)量3285980，體網(wǎng)格數(shù)量10932650。

3.1 穩(wěn)態(tài)分析邊界

入口設(shè)置為體積流量入口，體積流量為260m3 /h（外循環(huán)，全暖腳風(fēng)風(fēng)量），出口設(shè)置為壓力出口。

4 分析結(jié)果

Base方案腳風(fēng)量配比如表2示，可以看出前排副駕腳風(fēng)量配比只有24.7%，不滿足設(shè)計指標(biāo)。而風(fēng)道內(nèi)部壓損平均值達(dá)79.2Pa，遠(yuǎn)高于公司量產(chǎn)風(fēng)道壓損平均值。

駕駛員腳面風(fēng)速分布如圖2示，可以看出右腳腳面風(fēng)速較高，存在局部熱點區(qū)域。由于右腳會長時間踩油門踏板，局部過熱會造成舒適性變差。左腳為歇腳板位置，腳面風(fēng)速較低，出現(xiàn)局部過冷，舒適性同樣較差。

后排風(fēng)道出風(fēng)口表面風(fēng)速分布如圖3，圖4示?？梢钥闯龊笈趴拷醒胪ǖ赖娘L(fēng)口風(fēng)速均較低，左風(fēng)口平均風(fēng)速2.45m/s，右風(fēng)口平均風(fēng)速2.82m/s。

5 優(yōu)化方案

根據(jù)base方案仿真得出的結(jié)論，對前、后排吹腳風(fēng)道進(jìn)行優(yōu)化。將靠近中央通道的兩個前排主駕風(fēng)道風(fēng)口連通，最左側(cè)風(fēng)口導(dǎo)向改成斜向歇腳板，如圖5示。

前排副駕風(fēng)道，將原靠近中央通道的一個風(fēng)口，分解成兩個風(fēng)口，如圖6示。

后排左右兩個吹腳風(fēng)道出口Z向高度，由23減小為18，如圖7示。

6 優(yōu)化分析結(jié)果

從表3看出，優(yōu)化后的前排副駕腳風(fēng)量配比為27.2%，滿足設(shè)計要求，且風(fēng)道內(nèi)部壓損只有49.2Pa，相比優(yōu)化前大幅減小。

圖8為優(yōu)化后的駕駛員腳面風(fēng)速分布圖，可以看出駕駛員右腳腳面風(fēng)速分布均勻，無局部熱點區(qū)域。左腳腳面風(fēng)速提高，無風(fēng)速較低區(qū)域，采暖舒適性得到改善。

圖9、圖10為優(yōu)化方案后排風(fēng)道風(fēng)口表面風(fēng)速分布，可以看出靠近中央通道風(fēng)口風(fēng)速有大幅提高，左側(cè)風(fēng)口平均風(fēng)速3.82m/s，右側(cè)風(fēng)口平均風(fēng)速4.07m/s。

7 結(jié)論

優(yōu)化方案通過調(diào)整出風(fēng)口數(shù)量、風(fēng)道截面形狀以及Z向高度，有效解決風(fēng)量配比不滿足設(shè)計要求、風(fēng)速分布不均勻及出風(fēng)口風(fēng)速低的問題。優(yōu)化后的吹腳采暖方案，能提高顧客冬季駕駛舒適性，同時該優(yōu)化方法及過程可作為同類型吹腳風(fēng)道開發(fā)的參考。

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