客车空调风道及导流板设计对气流的影响研究

郭 凡， 刘芳忠， 刘永福

(中车时代电动汽车股份有限公司，湖南 株洲 412007)

客车设计过程中，由于风道结构限制，空调经常出现风口出风不匀、阻力损耗过大等现象。本文以一款6 m客车为例，分析空调风道内部布置对气流的影响，并提出改进方案。

1 风道布置对气流影响分析

风道布置首先要确定风道的截面积，根据连续性原理，风道总截面积为

=(3 600·)

(1)

式中：为空调蒸发器送风量,m/h；为风道内空气流速，一般为5～8 m/s。

本文6 m客车为2 800 m/h，左右侧风道取一半为1 400 m/h；空气流速取6 m/s。根据式(1)计算得出本车单侧为64 815 mm。

出风口数量的计算公式为

=(3 600··)

(2)

式中：为出风口的截面积,m；为出风口风速，m/s。

为防止产生风噪和不适感并使风量均匀，根据JT/T 216—2020《客车空调系统技术条件》推荐，式(2)中的出风口速度不大于5 m/s。

本文6 m客车为4 305 mm,设风速为3 m/s，根据式(2)计算单侧风道上的圆形出风口约为31个。在实车布置中，按照每个长条状出风口(共10个)相当于2个圆形出风口，其余常开小出风口(每9列为一组，每列有4个孔，共5组，共有180个小孔)按照面积换算约等于4个圆形出风口，再加上8个圆形出风口，最终得出此款客车风道相当于32个圆形出风口，与上述计算结果相差不大。

此外，为了平衡区域温差、降低能耗和提高效果，在出现温差的区域，如乘客门附近、侧窗玻璃处、有发热的装置等处，在保持出风口整体数量不变的情况下，可适当调整常开小出风口的位置。本文主要将常开小出风口布置在中门对面侧窗处，补偿中门开口和侧窗的热交换损耗。

风道内气流通过的风道壁面应尽量平缓，不应出现台阶、急剧转折的结构。

本文6 m城市客车采用客户指定的铝材风道，单侧截面积测量结果约为87 000 mm，大于理论计算值，正常情况下符合要求。客户要求加装车内喷淋系统，因空间有限，左侧风道内隐藏安装了2个喷淋储液罐，分别位于空调出风口前后。根据经验，这样会很大程度影响风道内气流效果，特别是车辆前端和后端的风量、风速。

通常采用以下方式解决此问题：①采用引风管，将风引到前端驾驶员处，改善流量；②在空调出风口位置设置导流板，改善流体速度。为确认该车采用哪种方式最合适，首先进行风道及出风口的流线仿真分析。

根据空调供应商提供的产品参数，设置单侧风道的流量为1 400 m/h，流体介质为空气，将风道模型设置为内流体封闭，各出风口设置为常压。

以左侧风道为例，通过FloEFD热仿真软件对风道原始方案的气流进行仿真分析，分别获取前、中、后出风口数据，得知前后两端流场阻碍严重、气流偏小，影响空调效果。其流线迹线图如图1所示，出风口的流速见表1中的“原始方案”数据(表1中出风口序号如图2所示，图中有圆形出风口、长条状出风口和常开小出风口三种类型)。

图1 原始方案的流线迹线图

图2 左侧风道出风口布置序号图

2 风道布置改进方案

1) 改进方案一：在风道内增加一根引风管，从空调出风口朝驾驶员方向引到驾驶员头顶的出风口附近，如图3所示。流体分析流线迹线图如图4所示，从结果看，车厢内的风量前端过强、后端偏小、引风管通过区域和罐体下方最小。

该方案可有效将风量引到需要的风口附近，但引风管通过区域的风量会受到较大影响。当驾驶员头顶(或车厢尾端)个别风口需要特别加强时，可用长导管，但不应过粗，以免影响其他风口，特别是导管通过路径上的风口。

图3 改进方案一示意图

2) 改进方案二：将驾驶员方向引风管缩短到罐体阻碍物的下方，如图5所示。此方案可有效改善各出风口的风量，使其分布更均匀。前后流线迹线图如图6所示，各出风口风速见表1中对应列的数据。

该改进方案可弥补改进方案一的缺陷，但与方案一相比，单独加强某个风口的能力稍弱一些。当风道内有结构影响风量流动时，可采用短导流管延伸到阻塞物附近(或刚好经过阻塞物)，这样做也存在缺点，即导流管通过处的风口流量会偏小，因此导流管不宜过长。

图5 改进方案二示意图

3) 改进方案三：在原始状态下，仅在空调出风口位置增加导流板，如图7所示。结果为车厢前后风量还是偏小，其余位置较为均匀。流线迹线图如图8所示，各出风口风速见表1中对应列的数据。

该改进方案在空调出风口处就对气流进行了导向，使气流减少了流动损耗，有一定的效果，但不是特别明显。当风道内无大量结构阻塞时，采用导流板可简单改善部分气流效果。

图7 改进方案三示意图

表1 各方案各序号出风口风速 m/s

从表1可以看出，改进方案二最好，各出风口风速相对更均匀，且有效改善了驾驶员处的出风效果。本车型最终采用了改进方案二。产品下线后对2号、8号、19号出风口风速进行检测，测得实际风速分别为 3.1 m/s、1.9 m/s、2.5 m/s，均在推荐范围内，前、中、后各出风口的数值差别不大，均匀度满足使用要求，现场感受车厢内制冷效果较均匀，符合设计要求，车辆顺利通过客户验车。

在各出风口风速实测中，发现实测数值整体偏低，这是由于实际风道产品上沿及各检修门板之间没有完全封闭，且内部有加强筋固定结构和隔热绵，其间摩擦阻力等损耗影响风速，导致实测数值整体偏低。但整体流线趋势正确，各风口风速下降的比例接近，约20%～30%。

3 结束语

本文分析了三种风道设计及导流的布置改进方案以及适用场景，实际工作中，可以组合使用以上方案，综合改善客车空调效果，对后续客车空调风道设计开发具有一定的指导和参考意义。