空调出风口的结构设计.doc

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空调出风口的结构设计
出风口的总布置要求
概述
空调出风口作为空调的输出的终端,应具备风量与风向的调节作用。通过调节出风口,应当能够满足整车的空气循环与制冷控制要求,并能够满足乘客的各种舒适性要求,从某种方面来讲特殊性要求
有些车型尤其是车身较宽的重卡,在出风口风向的横向调节上与一般汽车要有所不同的,一般的轿车车宽在1米4左右,但是重卡往往要达到2米左右,由于造型原因,有些卡车的中央出风口仍然布置在靠近车宽中线的位置,导致中央出风口如果要按照前面所说的要求,叶片需要旋转相当大的一个角度才能够吹到上述的目标点,而此时风量的损失是非常大的,在这种情况下,我们的设计可以考虑适当放低要求,不再考虑让中央出风口吹过人的眼椭圆。如果有可能的话,在重卡的出风口设计中,我们尽可能要将中央出风口的位置向驾驶员〔副驾驶员方向靠拢,让中央出风口的吹风围能够更多的覆盖人体区域。
出风角度分析与实际情况相悖的情况。
关于具体的导风结构及相关要求,会在后文叶片的设计中加以阐述,在本节中将描述两种实际吹风状态与我们所作的简单角度分析情况不符的状况。
窄口造成的吹风角度异常
请见下图1-4,这是一个出风口设计的实例,该出风口开口较窄,但从叶片角度来看,下层的三个叶片,应当能够导出50%以上的风量吹向叶片所指方向,但是事实上经过cae分析,发现叶片导向失效,如图1-4的右图,其右侧出风口导风叶片向左而实际风向向右。目前为止只发现窄口出风口有此现象,但尚不明确该现象发生的机理,个人怀疑与叶片在腔体传出的风向经腔体壁反弹引起。扩大出风口尺寸与将后层叶片前移均会改变这种情况。
对于窄口的出风口,需要规避开口处的阻挡,让出风口壳体尽可能与面板光顺连接,尽可能扩大出风面积。控制窄口方向风向的导风叶片,尽可能布置到上层,这样会更有利于导风。
图 1-4
柯恩达效应
柯恩达效应是指沿物体表面的高速气流在拐角处能附于表面的现象,这种效应如果出现在我们的导风角度围,将使导风失效。如下图1-5,所示当出风口吹出的风向与拐角处的表面呈较小角度时,即会出现如图的附壁现象,当角度增大后,如图1-6,气流流向正常。
图1-5 图1-6
科恩达效应一般在51度以下发生,然而这个角度会有一定的波动,一般来说51度以下的角度是绝对不可取的,51-55也有一定的风险,我们尽可能选取55度以上的角度来进行设计。
事实上由于出风口型面与气流方向的关系,向上,向左右方向的气流均不会发生科恩达效应,只有向下的气流有可能产生,因此当出风口下沿出现与下吹风极限方向呈55度以夹角的大平面时,我们需要特别关注,建议通过CFD分析判断实际气流走向。
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风量要求
有效出风面积的定义
如图1-7所示,我们需要注意的是有效出风面积的计算,不是出风口在a表面的开口大小,而是实际出风方向垂直的平面上做开口处气流的投影面积〔需要刨除上下层叶片及连杆的投影面积。根据伟世通的要求,大中型车辆的有效出风面积需要达到3870-4516mm2,小型车则需要达到3225-3870mm2,。对于这样一个要求,我认为其是为了与空调自身的出风面积作匹配的,从管道中的流体特性来看,入口面积与出口面积相同的话,流体在管道的压力及速度损失都会比较小。根据我们以往的设计经验,事实上很多车辆由于造型的关系,我们并不能达到这样一个尺寸要求,如果不会造成很大的压力损失,或者造成风速的大幅下降,尺寸方面是可以考虑让步接受的。当然如果能够通过CFD分析或实验,了解一下实际的出风量、风速,是否满足条件,是最为可靠的。
图 1-7
极限位置下的有效出风面积要求
,当出风口吹向极限位置时,需要保证其有效出风面积达到最大出风面积的75%。如图1-13所示,这是伟世通给出的小面积的计算方法。我个人并不完全同意这种计算方法,按照这种计算方法,则如图1-8,如果在风道入口处加沿着 的几片导向叶片,则所有的导向叶片导出的风都会出风口壳体遮挡,有效出风面积为0,这显然是不正确的。当叶片逐渐向水平方向旋转后,决定出风量更大程度的是叶片之间的间隙而非叶片导出风的遮挡量。对于有效出风量还是以CFD的计算为依据比较可靠,个人不建议用这种方法来进行计算。我们现有的CFD手段是可以根据二维线条来进行简化计算的,计算结果也是比较可靠的,如果有相应的出风量计算需求,不妨作出一些简单的断面,交给CFD进行简单计算。当然,如果进行了CFD计算,那么我们的有效出风面积也就没有必要再进行计算了,直接把CFD的计算结果与出风口的出风实验要求进行比较即可。
图 1-8
运动机构设计
概述
出风口由于其