某乘用车空调系统配气比及气动噪声分析优化

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摘要：空调系统设计与布置合理与否直接影响乘员舱内舒适性。空调系统设计要求配气比必须满足标准要求，而且风道的气动噪声必须控制在合理的范围内。本文通过对某乘用车空调系统原方案进行配气比及气动噪声分析，对空调系统风管内流场分布以及气动噪声源产生与传播进行了详细分析，从而提出两种优化方案。通过配气比及噪声试验，3#优化方案满足配气比标准要求，并且驾驶员右耳处噪声较原方案降低3.7dB,效果显著。

关键词：汽车空调系统；计算流体动力学（CFD）；计算气动声学（CAA）

中图分类号：U463.85+1 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）05-0041-06

Analysis and Optimization on Air Flow Distribution and Aeroacoustic for Air-Conditioning System of a Passenger Vehicle

WANG Xiao-bi，WANG Wei-ming，GUO Jun-chao，SHI Jian-peng

（The Technology Center of Dongfeng Motor Corporation,Wuhan 430056,China）

Abstract: The design and pipe routing of air duct affects the cabin comfortablility directly. The airflow distribution of air-conditioning system should be satisfied with design requirement.And airflow noise in duct should be controlled within the range of standard during duct design. According to the analysis of flow field and acoustic field, tow improvement schemes were proposed. Airflow distribution and noise of air condition system were tested on the basis of prototype and improvement model. The test results have shown that the 3# improvement scheme is effective in reducing the air condition system noise compared with the prototype model and can meet the airflow distribution design requirement. In particular, the noise is significantly reduced near the driver's right ear, the largest declines by up to 3.7dB.

Key words: air-conditioning system；computational fluid ddynamics（CFD）；computational aeroacoustics（CAA）

随着汽车工业发展及乘用车开发水平的提高，降低乘员舱的气动噪声、提高乘员的舒适性，改善对环境的影响，是开发新型乘用车面临的重要课题。空调系统配气比直接影响乘员舱均匀降温性能和舒适性，合理的配气比可以提高乘员舱内的舒适度。乘员舱的车内噪声已成为重要的舒适性评价指标。其中，空调系统的气动噪声在车内噪声中占有很大的比例，气动噪声与空调风道的布置及结构等有关,风管尺寸、流动方向的突变、局部尖角或圆角等局部结构特征对其影响都很大。

传统空调系统设计主要采用的是经验设计方法，然后通过试验对空调系统性能进行考察，设计周期长，试验费用高，且难于找到影响空调性能的主要因素。CFD、CAA技术在汽车空调系统设计中的应用，可以明确研究方向，缩短研制周期，减少反复试验噪声的浪费。

1 空调系统原方案配气比及气动噪声分析

1.1 空调系统原方案存在问题

对某乘用车空调系统（包括空调HVAC总成、通风管道和仪表板等）进行的配气比和噪声测量试验，如图1所示，配气比不满足东风汽车公司标准，而且通过与竞品车型对比分析，如图2所示，原方案空调系统噪声偏大，需要进行改进。

由于空调系统HVAC总成无法进行更改，所以必须对空调系统风管进行分析优化，使得空调系统配气比达到要求，系统噪声降低。

1.2 空调系统原方案配气比仿真分析

1.2.1 CFD仿真模型

由于风机相对于整个空气流道而言是一个独立的部分，因此没有考虑风机部分，仅讨论从风机出口到仪表板送风口的部分。为了对风道内的空气流动进行计算，对模型做如下简化：①风道系统密封良好，除进风口和出风口外没有空气泄露；②空气为不可压缩流体，密度为常数；③吹脚风门和除霜风门关闭，只有仪表板送风口开启。

图3为空调系统原方案的三种模型：初始风管、初始风管+空气滤芯+蒸发器、初始风管+空气滤芯+蒸发器+格栅。分别对三种模型进行CFD分析。

整个模型在格栅、风管拐角等对气流影响较大的部分区域进行了网格细化。空气滤芯和蒸发器通常都和全局坐标系有一定的倾角，为了生成高质量的网格，使用STARCCM+中工具在这两处生成局部坐标系。生成Trimmer网格，网格总数为500万左右，如图4所示。

计算工况冷风吹面（ATF）、内循环、最大风量；入口流量为500 kg/h，出口为压力出口，压力为0 Pa。分别对三种方案进行分析。