基于CFD的某SUV空调吹脚风道优化研究

陈帆 潘洪迪 刘志枫

摘 要：某SUV在设计开发阶段，通过仿真发现空调前排吹脚风道风速分布不均匀，主要表现为局部区域风速较高，而局部区域又吹不到风。后排吹脚风道出风口主要表现为，局部区域不出风。文章通过优化风道截面形状，然后基于CFD仿真，结果表明优化方案能有效解决风速分布不均，出风口不出风的现象。

关键词：空调;吹脚风道;仿真分析;CFD

中图分类号：U463  文献标识码：A  文章编号：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

空調脚部采暖作为整车性能开发的一项重要指标，对提高冬季驾驶舒适性有重要意义。但是在风道设计过程中，由于受空间限制和避让其它部件影响，导致风道截面也受限制。为保证采暖性能达标，需要在开发阶段对设计方案进行评估，目前CFD软件对吹脚风道采暖的计算非常精确。本文利用Star-ccm+对设计方案仿真并优化，确保采暖性能达标，有效缩短了开发周期。

1 几何模型介绍

该车型为5座自动挡SUV，吹脚风道有前排吹脚和后排吹脚。其中前排主驾风道有四个出风口，副驾风道有两个出风口。后排左右吹脚风道各有两个出风口，出风口截面Z向高度为23mm，如图1示。

2 吹脚采暖性能指标

吹脚风道采暖性能主要考核脚风量配比，脚面风速及风道出口风速辅助考核。

3 模型建立及边界条件设置

风道入口设置在HVAC外循环进风口处。采用多面体网格，网格单元大小32mm，出风口处进行体网格加密。最终面网格数量3285980，体网格数量10932650。

3.1 稳态分析边界

入口设置为体积流量入口，体积流量为260m3 /h（外循环，全暖脚风风量），出口设置为压力出口。

4 分析结果

Base方案脚风量配比如表2示，可以看出前排副驾脚风量配比只有24.7%，不满足设计指标。而风道内部压损平均值达79.2Pa，远高于公司量产风道压损平均值。

驾驶员脚面风速分布如图2示，可以看出右脚脚面风速较高，存在局部热点区域。由于右脚会长时间踩油门踏板，局部过热会造成舒适性变差。左脚为歇脚板位置，脚面风速较低，出现局部过冷，舒适性同样较差。

后排风道出风口表面风速分布如图3，图4示。可以看出后排靠近中央通道的风口风速均较低，左风口平均风速2.45m/s，右风口平均风速2.82m/s。

5 优化方案

根据base方案仿真得出的结论，对前、后排吹脚风道进行优化。将靠近中央通道的两个前排主驾风道风口连通，最左侧风口导向改成斜向歇脚板，如图5示。

前排副驾风道，将原靠近中央通道的一个风口，分解成两个风口，如图6示。

后排左右两个吹脚风道出口Z向高度，由23减小为18，如图7示。

6 优化分析结果

从表3看出，优化后的前排副驾脚风量配比为27.2%，满足设计要求，且风道内部压损只有49.2Pa，相比优化前大幅减小。

图8为优化后的驾驶员脚面风速分布图，可以看出驾驶员右脚脚面风速分布均匀，无局部热点区域。左脚脚面风速提高，无风速较低区域，采暖舒适性得到改善。

图9、图10为优化方案后排风道风口表面风速分布，可以看出靠近中央通道风口风速有大幅提高，左侧风口平均风速3.82m/s，右侧风口平均风速4.07m/s。

7 结论

优化方案通过调整出风口数量、风道截面形状以及Z向高度，有效解决风量配比不满足设计要求、风速分布不均匀及出风口风速低的问题。优化后的吹脚采暖方案，能提高顾客冬季驾驶舒适性，同时该优化方法及过程可作为同类型吹脚风道开发的参考。

参考文献

[1] Star-ccm+软件参考文档.

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