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汽车空调内循环风量改善设计探究

2021-05-19 17:00 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

摘要:某款汽车在空调风量测试试验过程中发现内循环进风量小于外循环进风量。通过STAR-CCM+软件对车内流场进行仿真分析,发现空调HVAC总成内循环开孔面积是空调进风量的关键因素。增加内循环进风口面积后,经过台架和整车空调风量试验验证,空调内循环进风量提升7%以上,且有利于HVAC总成噪声的改善,对于HVAC总成的布置设计具有很好的指导意义。

关键词:汽车空调;内循环;风量

随着汽车工业的发展,汽车上的通风装置与空调逐步成为必备设施。汽车空调HVAC总成是整个汽车空调系统的重要组成部分,它的风量性能直接影响到整个空调系统的性能[1-3],并影响整车的紧凑性和NVH性能[4]。某款轿车作为紧凑型家庭轿车使用,空调工作时,HVAC总成内循环风量较小。为了改善空调内循环时的风量,以达到整车的降温性能的提升,在满足现有安装条件和空间要求的前提下需要对HVAC总成进行结构优化。

1模型方案

1.1问题论述。如图1所示,该款轿车搭载的HVAC总成为单温区自动空调总成。HVAC总成改善之前在整车上进行风量测试时发现,测试工况为室温条件下,车辆怠速,保证蓄电池电压≥13.5V,门窗关闭,开启压缩机,温度调整到Low,吹风模式调整为吹面,调整鼓风机挡位分别为1挡、2挡、3挡和4挡,利用风速仪测量出风口的风量,内/外循环风量测量结果如表1所示。测试结果显示,空调每一挡风的内循环风量小于外循环风量,这是不合理的,说明内循环的风量是偏小的,需要提升内循环风量。

1.2模型建立。对HVAC总成周边环境进行CFD建模[5-6],采用的模型,如图2所示。采用HyperMesh对模型进行面网格划分,导入STAR-CCM+中生成体网格,设定边界条件进行计算。对于HVAC总成部件重点位置进行网格的细化以及重点区域的检测。体网格选用多面体网格[7-8],最终得到847万体网格。在仿真模拟计算的过程中必须尽可能地使壁面边界条件符合实际的情况。鼓风机的转速设置为2500r/min,空调滤芯、蒸发器和暖风芯体的阻力设置如表2所示。为尽可能地减小更改量,对于表3中的原方案和4种改善方案进行仿真。仿真中,边界设置鼓风机的转速为2500r/min,HVAC总成的进口压力和出口压力均为标准大气压。

2分析结果

仿真结果如表4所示。原方案和改善方案1的HVAC总成风量相当,改善方案3风量没有提升,改善方案2和改善方案4出风量提升明显,压损优化效果显著。从仿真的结果可以判断出:增大HVAC总成内循环进风口侧面面积对改善风量没有效果;增大HVAC总成内循环进风口正面面积有效果;该车型优化手套箱的结构对于进风量没有改善作用。通过以上结论决定对HVAC总成进行模具适应性修改,按照仿真数模,增大HVAC总成内循环进风口正面面积。HVAC总成更改内循环进气口前后的结构形式,如图3所示。

3试验验证

3.1台架试验验证。将更改后的HVAC总成进行风量台架测试和NVH台架测试,风量测试工况为鼓风机电压为13.5V和12V,HVAC总成设置为:温度风门最冷,吹风模式为吹面,测量内/外循环风门状态时的风量。风量台架测试如图4所示。NVH台架测试条件如图5所示。测试结果如表5所示,风量提升7%左右,且噪声有一定的下降,与CFD的仿真结果一致。

3.2整车试验验证。将更改后的HVAC总成装配到整车上,进行整车状态下的风量测试和NVH测试,测试工况与台架试验工况一致,车门关闭,鼓风机的电压外接电源实现。测试结果如表6所示,整车测试的结果与台架测试的结果一致。

4结论

通过该车型内循环风量改善案例可以得出以下结论:1)增大HVAC总成内循环进风口正面面积可以增加HVAC总成风量,且有利于HVAC总成噪声的改善;2)增大HVAC总成内循环进风口侧面面积,扩大手套箱与HVAC总成的距离对于HVAC总成风量的改善效果不明显。

作者:冯鸿飞 王坤 单位:广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院中国第一汽车股份有限公司研发总院

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