基于CFD分析对汽车吹足风道设计结构优化

张伟利，刘国平（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）



基于CFD分析对汽车吹足风道设计结构优化

张伟利，刘国平
（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

摘要：文章基于利用CFD软件对汽车空调吹足风道的风速及出风角度对各乘员足部感知温度进行分析，从而确认吹足风道的设计结构是否合理，对分析结果进行总结，提出汽车空调吹足风道结构设计的相关注意事项，为汽车空调吹足风道的结构设计提供参考。

关键词：CFD；汽车空调；风道设计；优化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.05.004

CLC NO.: U463.8Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)05-95-03

前言

随着汽车空调知识的普及空调新技术应用的快速发展，人们对汽车空调舒适性的要求越来越高，吹面风道、吹足风道作为空调系统风道重要组成部分，其中吹足风道以往设计关注较少，造成对于车内各成员脚部左右脚感知温度不均、风量分配不合理，导致整车采暖能力无法满足GB/T 12782-2007性能要求。本文以某款SUV车型吹脚风道设计为例，并借用CFD流体分析软件工具，对吹足风道进行CFD分析，对结构进行优化。并结合整车吹足风道试验测试，两者对比分析，提出对吹足风道的结构设计优化，以对吹足风道的结构设计开发提供借鉴，降低后续反复试验验证，缩短吹足风道的产品设计、产品开发周期。

1、汽车吹足风道布置

图1　吹足风道布置位置

汽车吹足风道一般分为前排吹足风道、后排吹足风道（如图1），其中前排吹足风道受前排布置空间限制，一般集成在HVAC上，后排吹足风道通过中间一组过渡风道布置在车身地板上，以将鼓风机风量通过后排吹足风道送至后排乘员乘坐位置。

2、吹足风道设计

2.1截面积要求

吹足风道截面积建议应满足如下条件：

1) 在垂直于流向的方向上测量风道的横截面积；

2) 当风道有两个或多个分支时，截面积按照比例进行分配；

3) 风道的截面避免突变。

前排吹脚风道在车厢每侧一般有1个或2个风口，如下图所示。

图2

3.2弯曲半径

在风道的弯曲处，必须有足够大的弯曲半径，以减少吹足风道的压力损失。应使风道的弯曲数量最小，拐角半径最大。弯曲半径应至少等于风道弯曲处的宽度，否则风道内部易产生涡流。

3.3吹风位置

针对不同车型，吹足风道出风口形式及位置不同，但需覆盖主副驾驶脚部活动空间区域，2个及以上风口的应尽量覆盖至主副驾驶脚面（以95％假人为例）。

3.4风速及风口均匀性

驾驶员与副驾驶足部的气流风速建议大于2m/s,出风口均匀度大于50％。

4、风道CFD分析验证

按照设计要求，将吹足风道数据输入CFD软件进行验证：

4.1吹脚风道风量分配满足设计要求（前排）

图3　吹脚计算域模型

设计目标如表1：

表1　设计目标

利用Hyper Mesh及Star CCM+建立网格及模型设计（模型如图3所示），通过对模型参数进行边界条件设置、求解器模型设定：三维、稳态、K-E湍流模型等。

分析工况如表2：

表2　分析工况

输出CFD计算结果如下：

表3　计算结果

对于CFD软件分析计算结果，主驾驶侧风量分配为31.0％，副驾驶侧风量分配为29.5％，目标值为30±3％，满足设计要求，见表3。

4.2脚风道吹风位置/吹脚风道风速

图4　主副驾驶侧吹风位置

从图4为主副驾驶侧足部位置气流分布情况，读取为风速在2m/s所覆盖的区域，均能覆盖至主副驾驶员足部脚面位置，能够满足设计要求，保证整车采暖需求。

图5　足部气流分布

图5表示吹脚风道整体气流分布速度云图，通过此云图可以更加直观的确认出风口风速所在范围及出风位置。

4.3风口均匀性验证

根据CFD分析模型，读取吹脚风道出风口风速均匀性。

图6　主副驾足部出风口均匀性云图

主副驾驶出风口平均风速分别为3.94m/s、3.31m/s

表4　

根据分析结果，出风口均匀度满足设计要求。

以上分析为根据设计数模为调整吹足风道截面积、导流片等分析的最终结果，结合设计要求，通过计算分析及局部优化，达到最优方案，最终满足设计需求；以上结果分析，按照GB/T 12782-2007 汽车采暖性能要求和试验方法，通过实车采暖试验，满足整车采暖需求。

5、结论

吹足风道设计初期，在满足整车总布置要求的情况下，风道设计建议遵循本文吹足风道设计相关要求，从吹足风道截面积、弯曲半径、导流片等方面优化结构，同时制定吹足风道风速、出风位置、风量分配、均匀度的评价指标，通过CFD分析校核，可以大大缩短开发周期，以满足设计者及车型性能指标要求。

参考文献

[1]CD-adapco.STAR-CCM+ Version4.04.011 USER GUID,2009.

[2]吴天,谢晶.CFD技术在制冷领域流场优化设计中的应用[J].制冷与空调,2005,8:69-71.

[3]国家发展和改革委员会.GB/T 12782-2007 汽车采暖性能要求和试验方法[S]]北京:国家发展和改革委员会2007:1.

To Optimize the Automobile Blow-foot Air Duct Design Structure Based on CFD Analysis

Zhang Weili, Liu Guoping
（R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, HeBei Baoding 071000）

Abstract:Via the software CFD to analyze the wind speed of the vehicle AC blow-foot air duct andfeet temperature-aware under different air vent angle, thus verifying whether the design structure of the blow-foot air duct is rational, and putting f orward some relevant attentions regarding blow-foot air duct structural design through the analysis result summary, thereby providing more reference for the vehicle AC blow-foot air duct structure design.

Keywords:CFD; vehicle AC; air duct design; optimization

中图分类号：U463.8

文献标识码：A

文章编号：1671-7988（2016）05-95-03

作者简介：张伟利，就职于长城汽车股份有限公司技术中心。