張秀娟

摘 要：乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵是前擋風(fēng)玻璃、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、翼子板之間的外觀覆蓋件，同時(shí)為空調(diào)系統(tǒng)呼吸新鮮空氣提供入口，保護(hù)雨刮系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)免受雨水侵蝕，引導(dǎo)氣流、水流，屬于外觀功能件。該文重點(diǎn)介紹空調(diào)進(jìn)氣格柵的水、氣等功能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)流體軟件展開(kāi)的相關(guān)研究以及成果。

關(guān)鍵詞：空調(diào)進(jìn)氣格柵 水管理 氣管理

中圖分類號(hào)：U462 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）04（c）-0112-02

乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵是前擋風(fēng)玻璃、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、翼子板之間的外飾覆蓋件，縱向連接前風(fēng)擋玻璃以及發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，橫向連接左右翼子板，一般為黑色塑料件，實(shí)物外觀以及整車位置如圖1所示。

空調(diào)進(jìn)氣格柵與車身鈑金共同圍成一個(gè)空腔，在這個(gè)空腔里布置有前雨刮系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)氣口，空調(diào)進(jìn)氣格柵是空調(diào)系統(tǒng)新鮮空氣的入口，同時(shí)保護(hù)雨刮系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)免受雨水侵蝕，空腔是水流及氣流的通道，該文重點(diǎn)介紹空調(diào)進(jìn)氣格柵的水、氣等功能設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)。

1 氣管理

空氣通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋與空調(diào)進(jìn)氣格柵之間間隙進(jìn)入，通過(guò)空調(diào)進(jìn)氣格柵開(kāi)口到達(dá)車身空調(diào)進(jìn)氣腔，在腔內(nèi)流動(dòng)并通過(guò)位于腔內(nèi)的空調(diào)進(jìn)氣口最終進(jìn)入空調(diào)箱，實(shí)現(xiàn)冷熱調(diào)節(jié)后按客戶設(shè)置經(jīng)由吹面風(fēng)道、除霜風(fēng)道送達(dá)至目標(biāo)區(qū)域，如圖2進(jìn)氣流路斷面示意圖。

氣體在管道內(nèi)流動(dòng)實(shí)質(zhì)是通過(guò)犧牲自身能量以克服流動(dòng)阻力的過(guò)程，空調(diào)鼓風(fēng)功能本質(zhì)上是鼓風(fēng)機(jī)模塊所產(chǎn)生的壓力克服氣流流路上流動(dòng)阻力的結(jié)果，進(jìn)氣氣路上壓降的大小直接影響鼓風(fēng)模塊功耗，該文主要涉及空調(diào)箱進(jìn)氣口上游進(jìn)氣通道，確保其在一定空氣流量情況下流阻處于合理水平?？傋枇p失主要由摩擦阻力和局部阻力構(gòu)成。摩擦阻力損失是指氣體沿管道流動(dòng)時(shí)由于質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦力及與管壁之間的外摩擦而引起的能量損失，壓力降參考范寧公式：

局部阻力損失：當(dāng)氣體流過(guò)的管道發(fā)生局部變化時(shí)，就在管道的局部變化地區(qū)發(fā)生氣體與管壁的沖擊，因而造成一部分能量損失。

工程上常見(jiàn)的流體流速范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)λ近似等于常數(shù)。當(dāng)管路及輸送的流體一定時(shí)，l、d、Σζ、ρ均為定值，故R等于常數(shù)，稱之為阻力系數(shù)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，用阻力系數(shù)（R值）來(lái)表征進(jìn)氣流道的流阻大?。篟=P/Q2（其中P為流道靜壓降Pa；Q為空氣流量l/s），阻力系數(shù)（R值）表征的是流道順暢程度。理論上，流道結(jié)構(gòu)不變的情況下，R值也唯一。

空調(diào)進(jìn)氣壓降設(shè)計(jì)工作中通常借助計(jì)算流體商業(yè)軟件進(jìn)行虛擬分析實(shí)現(xiàn)，其分析原理基于流體力學(xué)理論，計(jì)算過(guò)程涉及流體力學(xué)連續(xù)性方程，即運(yùn)動(dòng)流體物質(zhì)守恒方程以及動(dòng)量方程，及流體流動(dòng)過(guò)程中受各種力作用下的平衡方程[1，2]。分析步驟從數(shù)據(jù)的收集到前處理劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，到計(jì)算輸出結(jié)果，其中網(wǎng)格生成采用四面體畫法，最后通過(guò)生成的網(wǎng)格導(dǎo)人Fluent軟件進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用以及經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)現(xiàn)，空調(diào)進(jìn)氣格柵開(kāi)口面積、位置，空調(diào)進(jìn)氣格柵與發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋之間的間隙大小，車身空調(diào)進(jìn)氣腔結(jié)構(gòu)形式等都是影響阻力系數(shù)的關(guān)鍵因素。空調(diào)進(jìn)氣格柵開(kāi)口面積越大，進(jìn)氣阻力越小，但是過(guò)大的開(kāi)口面積，會(huì)導(dǎo)致車身空調(diào)進(jìn)氣腔排水負(fù)擔(dān)過(guò)重，排水不及時(shí)等問(wèn)題，因此開(kāi)口面積的大小需要根據(jù)整車空氣流量的大小并結(jié)合車身空調(diào)進(jìn)氣腔的排水能力綜合制定。為確保整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中空調(diào)進(jìn)氣壓降設(shè)計(jì)上處于合理水平，空調(diào)進(jìn)氣格柵進(jìn)氣面必須布置在正壓區(qū)，為保證空調(diào)進(jìn)氣口的水汽分離，空調(diào)進(jìn)氣格柵上的開(kāi)口距離空調(diào)進(jìn)氣口距離至少大于250 mm。車身空調(diào)進(jìn)氣腔結(jié)構(gòu)受前艙區(qū)域總布置得影響，在保證前艙布置的前提下，截面面積盡可能大并且均勻一致，車身空調(diào)進(jìn)氣腔寬深比大于3，腔內(nèi)支架的設(shè)計(jì)也要考慮對(duì)氣流的阻力影響。

2 水管理

乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵是前擋風(fēng)玻璃，發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，翼子板之間的外飾覆蓋件，下雨或洗車時(shí)，大部分的水會(huì)從車頂沿前擋風(fēng)玻璃流下，積水從進(jìn)氣格柵上的孔狀結(jié)構(gòu)流入車身腔體內(nèi)，從圖2可以看出，乘用車空調(diào)進(jìn)氣格柵區(qū)域有雨刮系統(tǒng)，空調(diào)進(jìn)氣口等需要防水的部件，雨刮電機(jī)水侵入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，影響行車安全，空調(diào)系統(tǒng)水侵入會(huì)影響鼓風(fēng)機(jī)性能，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)水侵入乘客艙，影響車輛最基本的擋風(fēng)遮雨功能，因此該區(qū)域需要考慮安全有效的水管理。前期設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮空調(diào)進(jìn)氣格柵對(duì)外界水流的導(dǎo)向以及車身空腔結(jié)構(gòu)的排水能力，車身空調(diào)進(jìn)氣腔內(nèi)的積水高度不能超過(guò)雨刮電機(jī)以及空調(diào)進(jìn)氣口的布置高度，并要有足夠的設(shè)計(jì)余量。

為提升前期設(shè)計(jì)的精確度，同樣借助計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)軟件來(lái)模擬水流狀況，積水高度等，計(jì)算采用VOF多相流模型的瞬態(tài)模擬，通過(guò)定義VOF界面，進(jìn)行數(shù)值模擬，顯示在既定的邊界條件下水的容積，積水的高度以及水流速度等，為空調(diào)系統(tǒng)以及雨刮系統(tǒng)的布置提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)[3]。首先對(duì)空調(diào)進(jìn)氣格柵、車身空調(diào)進(jìn)氣腔、雨刮系統(tǒng)、空調(diào)內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口，前擋風(fēng)玻璃等關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，從以上子系統(tǒng)三維幾何模型中提取VOF分析的邊界條件，邊界條件設(shè)置完成后，有計(jì)算機(jī)分析并輸出分析結(jié)果，具體結(jié)果分析實(shí)例如下。

（1）水流高度跟空調(diào)內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口之間的關(guān)系，根據(jù)計(jì)算結(jié)果給工程設(shè)計(jì)提供輸入，如果水流高度超過(guò)內(nèi)循環(huán)進(jìn)氣口高度，需要修改設(shè)計(jì)降低水流高度或者增加水流擋板防止水侵入。

（2）水流高度跟雨刮電機(jī)及連桿機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系：根據(jù)計(jì)算結(jié)果給工程設(shè)計(jì)提供輸入，如果水流高度高于雨刮電機(jī)的高度，需要修改設(shè)計(jì)降低水流高度或抬高雨刮電機(jī)，防止電機(jī)進(jìn)水影響性能。

車身空調(diào)進(jìn)氣腔是水流和氣流的通道，通常設(shè)計(jì)時(shí)考慮足夠的坡度設(shè)計(jì)并保證開(kāi)口面積來(lái)加速水流的速度，根據(jù)水往低處走的物理常識(shí)，中間位置是最高點(diǎn)，將排水口設(shè)計(jì)在兩側(cè)位置低點(diǎn)，從而將水導(dǎo)向兩側(cè)安全區(qū)域。

3 結(jié)語(yǔ)

該文從空調(diào)進(jìn)氣格柵的功能要求著手，從水、氣管理兩方面介紹了關(guān)鍵影響因素及其原理，影響因素間存在著相互的制約關(guān)系，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮其對(duì)水、氣的影響，該文借助計(jì)算機(jī)流體軟件模擬該區(qū)域的氣流受阻狀況、水流狀況以及積水高度，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就可以調(diào)整設(shè)計(jì)找到最優(yōu)匹配方案，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析、缺少定量數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，有助于設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而提高設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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