汽车空调蒸发器总成及吹面风道的数值仿真

摘要

在日趋激烈的汽车行业竞争中，汽车空调对汽车的舒适性的影响越来越突出，已成为市场竞争的主要手段之一。因此如何改善汽车空调系统的结构，降低气动噪声，减少蒸发器总成及风道内的偏流和涡流现象，提高蒸发器芯体和加热器芯体的换热效率，已成为汽车领域的专家们十分关注的问题。随着计算流体力学（简称CFD）理论的飞速发展，CFD软件可以比较快捷、准确直观地反映空气在空调系统中的流动过程，很容易对流场的分析中发现设计中存在的问题，利用CFD技术对汽车空调进行设计已成为一种重要的方法。因此开展空气在汽车空调系统内部流动的数值仿真研究，对于汽车空调系统的设计、开发和改进有重要的实用价值。本文采用数值模拟的方法对空调蒸发器总成及吹面风道内的流动与传热问题进行了较为系统与深入的研究，旨在为空调蒸发器总成及吹面风道的优化设计寻求理论依据。论文的主要内容如下：
　　本文首先建立了蒸发器总成的三维简化几何模型，根据模型的结构特点采用不同的网格类型对空间区域进行离散，把蒸发器芯体和加热器芯体简化为多孔介质，运用商用流体软件FLUENT对空调蒸发器总成进行数值仿真，通过计算结果对流场及声场的特性进行分析总结，分析蒸发器总成结构的不合理处。研究结果表明，蒸发器总成内的偏流涡流现象容易诱发噪声，蒸发器芯体和加热器芯体入口表面速度分布影响换热效率。
　　然后对蒸发器总成模型结构不合理处进行改进，针对蒸发器芯体前的偏流和涡流现象，以及蒸发器芯体换热效率低等问题，在蒸发器芯体前增加导流叶片，数值模拟的结果显示，改进后蒸发器芯体前的偏流涡流现象得到改善，蒸发器芯体表面速度分布更加均衡，并提高了蒸发器芯体的换热效率。
　　最后为模拟出吹面风道真实的入风口情况，考虑吹面风道入口速度分布不均衡对各出风口出口风量及风速的影响，将蒸发器总成和吹面风道进行联合数值仿真。通过对吹面风道内部的流场及声场的分析，得到风道内部结构对风量分配、风速及气动噪声的影响。用数值模拟得到的结论对吹面风道的结构提出改进方案，改进后吹面风道出风口的风量分配和风速更加均衡，并降低了吹面风道的气动噪声，提高了空调的整体性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 汽车空调研究背景及意义

1．2 汽车空调国内外研究历史与现状

1．2．1 汽车空调国外研究历史与现状

1．2．2 汽车空调国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 CFD有限元理论

2．1 多孔介质研究的理论基础

2．2 多孔介质的传热过程

2．3 气动噪声的理论基础

2．4 汽车气动噪声的研究方法

2．5 本章小结

第3章 汽车空调蒸发器总成的模型建立及数值仿真

3．1 数学模型

3．1．1 空调蒸发器总成物理模型

3．1．2 空调蒸发器总成网格划分

3．2 求解器设置和边界条件

3．2．1 求解器设置

3．2．2 边界条件设置

3．3 计算结果和分析

3．3．1 蒸发器总成流场和声场数值模拟结果分析

3．3．2 蒸发器总成温度场数值模拟结果分析

3．4 本章小结

第4章 汽车空调蒸发器总成模型优化及分析

4．1 蒸发器总成原模型问题分析

4．2 蒸发器总成的改进方案设计

4．3 蒸发器总成的最终改进方案

4．4 本章小结

第5章 汽车空调吹面风道CFD研究与优化

5．1 汽车空调吹面风道数学模型

5．1．1 汽车空调吹面风道物理模型

5．1．2 网格划分和边界条件设置

5．2 汽车空调吹面风道计算结果及分析

5．2．1 汽车空调吹面风道流场数值模拟结果及分析

5．2．2 汽车空调吹面风道各出风口流量及流速

5．3 汽车空调吹面风道改进方案设计

5．3．1 汽车空调风道吹面风道问题分析

5．3．2 汽车空调吹面风道的改进方案设计

5．4 汽车空调吹面风道系统噪声水平的预测及优化

5．4．1 汽车空调吹面风道系统噪声水平预测

5．4．2 汽车空调吹面风道结构改进

5．4．3 改进模型与原模型的噪声水平对比

5．5 汽车空调吹面风道改进最终方案

5．6 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢