汽車空調進氣係統水氣分離性能研究
科技研究
作者：靳瓊 張永
摘 要：本文結合汽車空調進氣係統進水問題的解決，運用CFD方法進行了汽車空調進氣係統的氣液兩相流數值模擬。通過數值模擬和實驗相結合的方式分析了空調進氣係統水氣不能徹底分離的原因，並對空調進氣係統的進氣性能進行了研究，通過實驗驗證了模擬方法的可靠性。模擬和實驗表明：空調擋水板的結構對空調進氣係統的壓力分布有重要影響，而壓力分布影響著進入空調進氣係統的水滴的流動方向和速度，當擋水板下邊緣的壓力較小時，水能夠在重力作用下流到車輛下部。
關鍵詞：兩相流；水氣分離；汽車空調； CFD
一、緒論
（一）研究的目的和意義
本文是為提高空調進氣係統水氣分離性能而進行的研究，對空調進氣係統水氣不能完全分離的難題進行理論研究，總結水氣分離的原理，並應用Ansys軟件對空調進氣係統進行CFD分析，總結空調進氣口壓力分布特點，總結擋水板布置的一般規律。
（二）國內外研究現狀及發展趨勢
國際上對雙流體模型的研究始於20世紀70年代， 雙流體模型基本方程主要包括連續性方程和動量守恒方程，在考慮溫度變化時，還要有相應的能量守恒方程，一般采用k- 湍流模型計算液相湍流粘度。進行數值模擬的軟件一般有PHOENICS、STAR-CD、STAR-CCM+、FLUENT、CFX等商用軟件，本文進行數值模擬時使用的為CFX軟件。
（三）汽車空調進氣係統介紹
空調進氣係統位於汽車前風窗玻璃右下部，與外部環境之間通過進氣格柵上的通風孔進行空氣的交換，空調進氣格柵位於通風蓋板下部，空氣通過通風蓋板上的進氣孔、空調進氣格柵被空調鼓風機吸入駕駛室內部。在此功能實現的過程中空調進氣格柵不僅起著引導氣流的作用，同時要防止從通風蓋板進入的水進入空調係統。
二、汽車空調進氣係統數值模擬
（一）創建幾何模型
創建幾何模型時，使用的為CATIA V5R19軟件。空調進氣係統周圍的環境件較多，有翼子板內板、通風格柵上板、通風格柵前圍上板等，且各零件的形狀也比較複雜。若按照實際形狀進行模型的建立，會造成網格數量多、計算精度差、計算時間長，為了避免以上問題，需要對模型進行簡化。
（二）網格劃分
網格數目的多少將影響計算結果的精度和計算規模的大小。一般來講，網格數目增加，計算精度會有所進步，但同時計算規模也會增加，所以在確定網格數目時應權衡兩個因數綜合考慮。網格較少時增加網格數目可以使計算精度明顯進步，而計算時間不會有大的增加。當網格數目增加到一定程度後，再繼續增加網格時精度進步甚微，而計算時間卻有大幅度增加。實際應用時可以比較兩種網格劃分的計算結果，假如兩次計算結果相差較大，可以繼續增加網格，相反則停止計算。
確定了係統的進氣口、出氣口、壁麵之後則進行網格劃分，網格型式選擇volume，自動生成網格即完成網格劃分。
（三）前處理
ANSYS的CFX模塊可執行如下分析：層流或紊流、傳熱或絕熱、可壓縮或不可壓縮、牛頓流或非牛頓流、多組份傳輸。本文要選擇的模型為層流模型。
模型計算區域邊界條件為：標準大氣（1atm），整個計算區域的溫度為25℃（323K）。