空调主机分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孙强，陈昌瑞，郭艳，马腾飞，常先强

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

空调主机分配箱的CFD仿真分析

杜士云，孙强，陈昌瑞，郭艳，马腾飞，常先强

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601 ）

文章通过对空调分配箱不同模式下的流场分析，找出空调箱内部气流产生的漩涡多集中于风门和限位板位置。气流在接触到风门后产生分流，伴随着漩涡的产生和局部流速的增加，可能会产生一定的噪声。通过优化风门旋转角度减少涡流的产生。

模式风门；涡流；风量

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

空调主机的分配箱作为一个输出端，在这个腔体中实现汽车空调各个模式的一个风量分配和温度混合。在分配箱内部存在以下部件：

1）两个芯体：蒸发芯体、暖风芯体；

2）一个温度电机风门，至于蒸发芯体和暖风芯体之间；

3）若干个模式电机风门，实现吹面、除霜、吹脚、后吹脚、后吹面等。

为了实现各个模式下的温度需求，空调分配箱下的风道及风门配合使用，其内部的风噪及涡流将造成风量损失及噪音。本文将针对某车型的空调分配箱二维仿真优化分析进行阐述。

1 模型建立

图1 空调分配箱三维数模

图2 吹面模式、除霜模式、吹脚模式

在坐标系中沿y=32mm平面截取二维模型，简化后并分别定义为吹面模式、除霜模式和吹脚模式，如图1、图2所示。

为了更好的分析空调箱内部流场分布，以及有无可能产生噪声的情况，因此对空调箱进行三种模式不同风量下的流场分析，各模式风量选取和入口速度设置见表1、2、3：

表1 吹面模式风量及入口速度

表2 除霜模式风量及入口速度

表3 吹脚模式风量及入口速度

2 模拟和分析

2.1 吹面模式

吹面模式不同风量下压力云图如图3所示：

图3 500、450、400 CMH压力云图

三种风量下，相同位置出现两处负压区，标记1处负压区同时位于除霜风道和吹面风道上，无法避免;标记2处负压区由吹面风门引起，会产生漩涡，可能会引起噪声。

取风量为500CMH时的速度矢量云图（图4）为代表进行分析：

→ 1处漩涡由于限位板阻挡引起（此处限位板和风门6mm 耦合，不能修改）；

→ 2处漩涡由于风门阻挡使气体分流产生；

→ 3处流速很高，可能会产生噪声。

图4 500CMH速度矢量图

2.2 除霜模式

图5 400、350、300 CMH压力云图

图6 400、350、300 CMH速度矢量图

云图范围一致前提下，红圈处为负压区（超出显示范围）；随着风量增大，该处负压区面积扩大，存在引发噪声风险。

气流在风门顶风角分叉开，两股气流速度分配不是很理想，右上方气流流向形成尖角，很容易产生噪声。

2.3 吹脚模式

图7 400、350、300 CMH压力云图

图8 400、350、300 CMH速度矢量云图

3 优化改进

根据二维模拟的结果，针对吹面模式下吹面风门的角度和除霜模式下除霜风门的角度提出优化建议如下：

3.1 吹面模式

将吹面风门旋转不同角度，再次进行模拟，并对比结果，旋转角度见表4：

表4

对比各方案后发现，顺时针旋转10°效果最优

优化前后速度矢量云图，图9（吹面模式）：

图9 修改前（左）、顺时针旋转10°（右）

3.2 除霜模式

选取 400CMH风量为代表，同样将除霜风门旋转不同角度，再次对比模拟结果。风门旋转角度选取如下表5所示：

表5 旋转角度

对比发现，顺时针旋转10°时效果最优。优化前后速度矢量云图，如图10所示：

图10 修改前（左）、顺时针旋转10°（右）

结论

空调分配箱部分主要分析内部各风门、限位板等对气流的扰动是否会对整体噪音产生影响，采取二维模拟在能够反映内部气流流动与分布情况的同时，简化了网格划分和fluent计算的工作量，提高了工作的效率。

根据二维模拟结果，在吹面、除霜和吹脚三种模式下，空调箱内部气流产生的漩涡多集中于风门和限位板位置，气流在接触到风门后产生分流，伴随着漩涡的产生和局部流速的增加，可能会产生一定的噪声。

该部分的优化集中于风门旋转角度的调整，针对吹面模式和除霜模式，将风门顺时针或逆时针旋转，角度增加步长为5°，并在相同边界条件下用fluent进行模拟，结果显示，两种模式下，都在将风门顺时针旋转10°后，风门附近气流漩涡得到有效减弱，有利于降低噪音。

[1] 苏为等. 汽车空调送风温度均匀性优化设计与试验研究[J] 试验-测试 2008.

[2] 孙学军等.轿车空调车室空气流场数值模拟[J]上海交通大学学报1996.

[3] 张立智等空调侧出风结构中出风温度均匀性的改进[J] 家电科技2009.

[4] 周健等 基于平行流蒸发器结霜问题的试验研究及解决方案[J]汽车电器 2011.

[5] 朱娟娟等 汽车空调风道结构数值优化分析[J]制冷技术2004.

[6] 程勉宏等 汽车空调风道设计对车内噪声的影响[J]沈阳航空工业学院学报2005.

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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)18-158-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.055

杜士云，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。