汽车空调的暖风.doc

第五章 汽车空调的暖风、通风与空气净化装置5.1 汽车空调暖风装置5.1.1 汽车空调暖风装置的分类 汽车空调暖风装置是将新鲜空气送人热交换器，吸收某种热源的热量，从而提高空气的温度，并将热空气送人车内的装置。 汽车空调暖风装置的种类很多，根据热源不同汽车暖风装置可分为如下几种形式： (1)水暖式暖风装置 利用发动机冷却液的热量，这种形式多用于轿车、大型货车及采暖要求不高的大客车上。 (2)气暖式暖风装置 利用发动机排气系统的热量，这种形式多用于安装风冷式发动机的汽车上。 (3)独立燃烧式暖风装置 装有专门燃烧的机构，这种形式多用于大客车上。 (4)综合预热式暖风装置 既利用发动机冷却液的热量，又装有燃烧预热器的综合加热装置，这种形式多用于大客车上。 根据空气循环方式，汽车暖风装置又可分为如下几种形式： (1)内气式(又称内循环式) 是指利用车内空气循环，将车厢内部空气作为载热体，让其通过热交换器升温，使升温后的空气再进入车厢内取暖。这种方式虽消耗热源少，但从卫生标准看，是最不理想的。 (2)外气式(又称外循环式) 是指利用车外空气循环，将车外新鲜空气作为载热体，让其通过热交换器升温，使升温后的空气再进入车厢内取暖。从卫生标准看，外气式是最理想的，但消耗热源也最大，也是不经济的。除特殊要求或高级豪华轿车空调才采用这种方式。 (3)内外气并用式(又称内外混合式) 是指既引进车外新空气，又利用部分车内的原有空气，以新旧空气的混合体作为热体，通过热交换器，向车厢里供暖。从卫生标准和热源消耗看，正好介于内气式和外气式之间，是目前应用最普遍的方式。 不论是利用何种热源，热量都是通过热交换装置传递给空气，并通过风机把热空气送入车厢。将热交换器、风机和机壳组合在一起的装置称为汽车空气加热器。5.1.2 汽车空调暖风装置的结构与工作原理 1水暖式暖风装置的结构与工作原理水暖式暖风装置一般以水冷式发动机冷却系统中的冷却液为热源，将冷却液引人车厢内的热交换器中，使鼓风机送来的车厢内空气(内气式)或外部空气(外气式)与热交换器中的冷却液进行热交换，鼓风机将加热后的空气送人车厢内。发动机冷却系中的热水由进水管从发动机水套引出，再通过出水管返回发动机冷却系。进、排风系统是由进风筒、出风筒、出风口和控制风门组成，如图3-1所示。暖风机本体由直流电动机、鼓风机、本体进风口、机箱和本体出风口以及螺旋室等组成。 水暖式暖风装置的管路连接如图3-2所示。通过发动机上的冷却液控制阀分流出来的冷却液送人暖风机的加热器心，放热后的冷却液由管道回到发动机。另一路冷却液通过管道进入散热器，放热后的冷却液由管道回到发动机。在发动机冷却液进口装有水泵，它是冷却液循环的动力。冷空气则在鼓风机的作用下，通过加热器加热后，由不同的风口吹向车厢内。暖风装置的暖风流经驾驶员座位左右的空间，在车内均匀分布。为了防止风窗玻璃结霜，暖风可以通过风窗玻璃下面的出风口，将暖风吹到风窗玻璃上，以保持风窗玻璃内侧温度在零摄氏度以上。水暖式暖风装置的热源是从汽车发动机的冷却液中取得的，因此热源的取得非常容易，只需将发动机的冷却液输送到热交换器中即可。该热源供给可靠，发动机只要工作，热水即产生出来，而且很经济，不需另外的燃料。另外，发动机的冷却液温度比较适宜，散热也均匀。所以这种暖风装置在国内外生产的轿车(如丰田、马自达、奔驰、红旗、奥迪、桑塔纳等)、大型货车及采暖要求不高的大客车上均得到采用。水暖式暖风装置也存在不少缺点，最大缺点是供暖必须在发动机冷却液温度上升到大循环时方能开始，因此在寒冬季节，下坡、停车或刚起步时，热源就显得不足。如果使用不当，发动机容易发生过冷现象。特别是对于车身较长的大型客车，在北方使用或外界温度低的情况下，车厢热负荷很大，仅靠水暖式暖风装置很难取得令人满意的效果。 2气暖式暖风装置的结构与工作原理在安装风冷式(或水冷式)发动机的客车上还采用气暖式暖风装置，如图3-3所示，它利用发动机排气的余热来给车厢供暖。这种装置是将冷空气(或发动机冷却空气的一部分)导入并联于排气管的热交换器里，使其接受发动机排气带出的热量，通过热交换器使其温度升高，然后导入车厢内供车内采暖和除霜。 使用时只需将排气管上的废气阀门向下转，堵住通往消声器的通路，废气便进入热交换器内，新鲜空气通过热交换器的散热片吸收热量后形成暖风，由鼓风机送入车厢。失去热量的废气通过热交换器排到大气中。气暖式暖风装置的热交换器效率较低，不但复杂、体积较大，而且比较笨重，车速及发动机的工作状况对供暖效果影响极为显著。暖风湿度变化很大，在城市或道路状况较差的路面上行驶时，供暖能力往往不足，而且由于腐蚀、热应力和高压作用，排气管和消声器管壁及热交换器会渐渐漏气，致使发动机排出的有毒废气进入车厢，对人体健康非常不利。此外，排气管道的增加和接入的热交换器，增加了发动机排气阻力，消耗了发动机的功率，影响了发动机的正常工作，而且由于供暖能力有限，还必须采用另一种辅助装置解决车窗的除霜问题。所以现在气暖式暖风装置已很少使用。 3独立燃烧式暖风装置的结构与工作原理 独立燃烧式暖风装置由燃烧室、热交换器、供给系统及控制系统组成。 燃烧室由燃料管、火花塞和环形雾化器、燃料分布器等组成。环形雾化器直接装在风扇电动机轴上，依靠离心力和空气的切向力将油雾化、混合，在电火花塞点火引燃下，在燃烧器上部燃烧。燃烧室温度可达800，所以燃烧室要用耐热不锈钢制造。 热交换器紧靠在燃烧室后端，由双层腔室构成。中心是燃烧室，包围燃烧室的第一层空腔通加热的空气，再包围一层空腔通燃烧气体，然后引到排气腔，外面再包围一层空腔通加热空气。燃烧热量通过金属隔板加热空气，加热后的空气集中到暖气室，然后送到车内。 燃烧室内空气供应和燃料泵都是由风扇电动机驱动的。燃料泵将燃油从油箱中抽取，经过滤器、吸人管到油泵，送入环形雾化器后和空气混合燃烧。空气依靠鼓风机吹向加热器夹层。控制系统用来控制各种电动机、电磁阀、点火器、过热保护器和定时继电器的工作。当加热器的暖风出口温度超过设定值(80)时，过热保护器动作，使继电器自动切断油泵电磁阀的电源，油泵停止供油，加热器停止燃烧。由于燃烧室的温度非常高，为了不使燃烧室被烧坏，停机时先关油泵，停止燃烧器燃烧，而通风机仍继续运转，带走燃烧室中的热量，直到其其温度降至正常才关闭通风机。图3-4所示为独立燃烧式暖风装置结构。 其工作过程如下：当暖风装置中的电动机接通电源开始运转时，带动燃料泵2、燃料分布器3、燃烧空气送风机13、暖风送风机17运转。燃料由燃料泵2从燃料箱中经燃烧滤清器进入燃料吸入管15吸出，吸出的燃料由燃料分布器3内部滴下，由于离心力作用使其雾化。当燃烧空气送风机13将被燃烧空气由燃烧空气吸入管14吸进与燃料(汽油、柴油、煤油等)混合，经点火在燃烧室5中进行燃烧。一旦燃烧开始，电火花塞即行断电，由燃烧热和燃烧环11保持燃烧，燃烧后的高温气体由排气管16排出。而电动机前端安装的空气送风机送入空气，经过燃烧室5和外筒间壁以及外筒外侧被加热。加热的空气由暖气排出口8排出，进入车室内的管道，为各风口供暖。 4综合预热式暖风装置的结构与工作原理 为了既利用发动机的冷却液的热量，又避免独立燃烧式暖风装置的废气泄漏窜入车厢，同时满足大型客车热负荷的要求，近年来大客车上采用了一种综合预热式暖风装置，如图3-5所示。这种装置的热交换器和独立燃烧式的基本相同，只是将独立燃烧式暖风装置中加热的新鲜空气改为加热发动机冷却液。综合预热式暖风装置是在通常的发动机冷却液管路上并联一条装有预热器与水暖式暖风装置的管路，并在预热器入口与发动机之间的管路上装有水泵，当水温升到或降到某一值时，预热器会自动中断或重新进行工作。综合预热式暖风装置提高了发动机的起动性，改善了发动机的冷却状况，延长了发动机的使用寿命。这种装置暖风柔和、成本较低，很有发展前途。 5新型暖风方式 一般汽车的暖气热源都是来自于发动机冷却液的废热。南于发动机的高效率化，废热减少，使得冬季取暖的热源成问题，对于电动车、燃料电池车，更是没有这种废热热源，只能采用一些补充的或新的暖风方法。 1)必要时只能靠提高发动机转速增加暖风热源。 2)增加辅助电动水泵：发动机停转时，用电动水泵将发动机热水送向暖风装置，此办法适用于混合动力车发动机停转时间不会太长的场合。 3)在大型暖风散热器中增加PTC正温度系数热敏电阻发热元件作为辅助热源。 4)采用电加热器：用于电动车、燃料电池车。 5)采用热泵式空调系统：由于热泵系统冬季采暖效率较低，而且系统较复杂，一般只用于电动车、燃料电池车等车辆。CO2的压缩热很大，若采用CO2热泵式空调系统，则冬季采暖效率较高。 6)利用摩擦热取暖：对于高效率的柴油机，其废热较少，冷却水温度较低，采暖热源不够，必须要发动机额外做功，其中的一个方法就是增加一个Viscous(黏性)加热器。Viscous(黏性)加热器是利用一个与发动机转轴相联(可通过皮带)的圆盘，在旋转时与高黏度的发动机润滑油摩擦而产生热，吸收了这部分摩擦热而升温的润滑油被送向车内的热交换器，供车内辅助采暖用，在热交换器中被降温了的润滑油又重新被抽回发动机。5.2 汽车空调通风装置 由于汽车车厢比一般居室窄小得多，并且车厢内乘员密度大，呼吸排出的CO2、蒸发的汗液、吸烟的烟雾以及从车外进入的灰尘等很容易使车厢内的空气污浊，对人体健康造成危害。即使车厢内的温度和湿度合适，也不能消除污浊空气进入带来的不舒适感，因此对车厢内进行通风换气是十分必要的。在空调汽车车厢里，经过处理的空气由送风口进入车厢，与车厢里的空气进行热交换后经回风口排出。空气的进入或排出，必然引起车厢内空气的流动。因此，空调汽车除了要有合适的空气温度和相对湿度外，还应对空气温度与风速的均匀程度，也就是对车厢里的温度场和速度场有一定的要求。车厢里的温度场、速度场受车厢内气流流动状况和分布情况的影响很大，必须合理地组织车厢内空气的流动，使车厢里空气的温度、湿度、流速符合人体工程学要求。通常把对车厢里气流流动和分布的控制称为气流组织。气流组织的任务是合理地组织室内空气的流动，使室内空气的温度、湿度、流速等能更好地满足工艺工程和符合人们的舒适感觉。 气流组织合理与否，与送风口和回风口的位置、形式、大小、送风气流的流态和运动参数(主要指送风温差、送风口直径、送风速度等)、车厢等多种因素有关。其中送风口的形式、结构及送风管道的设计与布置合理与否，对车厢内气流组织的影响较大。 通风装置的作用是在汽车运行中从车外引入一定量的新鲜空气，并将车内的污浊空气排出车厢外，同时还可以防止风窗玻璃起雾。2.5.1通风方式 通风装置的通风方式一般有动压通风、强制通风和综合通风三种方式。 1动压通风 动压通风也称自然通风，它是利用汽车行驶时对车身外部所产生的风压为动力，在适当的地方开设进风口和排风口，以实现车内的通风换气。 进、排风口的位置决定于汽车行驶时车身外表面的风压分布状况和车身结构形式。进风口应设置在正风压区，并且距地面尽可能地高以免引入汽车行驶时扬起的带有尘土的空气。排风口则设置在汽车车厢后部的负风压区，并且应尽量加大排气口的有效流通面积，提高排气效果，还必须注意到防尘、噪声以及雨水的侵人。图3-6所示是用普通轿车车身模型进行风洞试验时，偏转角为0的表面压力分布图。其中车身侧视图是表示通过汽车中心纵截面的表面压力分布，俯视图表示和两个截面的表面压力分布。车身外形线的内侧表示正风压，外侧表示负风压。南图可见车身外部大多受到负风压，只有在车前及前风窗玻璃周围为正风压区。因此，轿车的进风口设在车窗的下部正风压区，而排风口设置在轿车尾部负风压区。由于动压通风不消耗任何动力，且结构简单、通风效果也较好，因此轿车一般都设有动压通风口。动压通风时，车内通风如图3-7所示。 2强制通风 强制通风是利用鼓风机强制将车外空气送人车厢内进行通风换气的，这种方式需要能源和设备。在备有冷暖气设备的车身上大多采用通风、供暖和制冷的联合装置。这些汽车上一般设有停止、动压通风(指车内外空气通过风扇口自然流通)、吸气、排气和循环五种功能。 3综合通风 综合通风是指一辆汽车上同时采用动压通风和强制通风。采用综合通风系统的汽车比单独采用强制通风或动压通风的汽车结构要复杂得多。最简单的综合通风系统是在动压通风的车身基础上，安装强制通风扇，根据需要可分别使用和同时使用。这样基本上能满足各种气候条件的通风换气要求。 综合通风系统虽然结构复杂，但节省电力、经济性好、运行成本低。特别是在春、秋季节的天气，用动压通风导入凉爽的外气，以取代制冷系统工作，同样可以保证舒适性要求。这种通风方式近年来在汽车上的应用逐渐增多。(阙雄才，陈江平 主编. 汽车空调实用技术. 北京：机械工业出版社，2003.3 P8192)2.5.2车室内气流组织方式 车室内气流组织的好坏，与送风口和回风口的形式及它们的布置有关。为此，首先应了解送、回风口的空气流动规律。 1送风口空气流动规律 (1)等温自由射流空气从喷嘴(出风口)以较大流速射入周围的相对静止空间时，形成一股紊流射流。当周围空间相当大，气流流动不受固体壁面限制时称自由射流。如射流温度与周围空气温度相同，则称之为等温自由射流。 图4-14示出具有出口速度v。的圆断面射流示意囤。空气自孔口射出后。由于紊流，其边界质点与周围静止的质点发生横向的渗混作用，四周空气卷入射流随同一起运动，因而射流流量不断增加，断面呈锥体状扩大。起始段长度取决于喷嘴的型式，一般情况均很短。空调工程中主要应用基本段，其射流轴心速度的衰减公式为式中 v0射流出口速度(m/s)； vx射程x处的射流中心速度(m/s)； x射流断面至喷嘴的距离(m)； d0喷嘴直径(m)； a喷嘴紊流系数，对圆形a=0.066。 喷嘴紊流系数与喷嘴形式有关，它反映喷嘴断面上速度不均匀程度。对于圆断面自由射流，由实验得出紊流系数a和扩散角口存在如下关系： tan=3.4a (4-41) 当喷嘴为方形或矩形，两邻边之比大于10时，射流扩散仅能在垂直于长边的平面内进行，此时就需按流体力学的平面射流(扁射流)公式进行计算，即 tan=2.44a (4-42)其射流特征与圆射流相似，但由于运动的扩散被限定在垂直于边长的平面上，因此速度衰减，流最增加较圆射流为慢。 自由射流一定要在送风射流尺寸比室内横断面尺寸小得多的情况下才存在。在实际工程中，由于送风温度与周围空气温度不一致，所以不属等温自由射流，而属于非等温自由射流。(2)非等温自由射流空气调节中，射流出口温度与周围空气温度是不相同的，如此射一流则称之非等温射流或温差射流。送风温度低于室内空气温度者为冷射流，高于室内空气温度者为热射流。如图4-15所示。由于射流与周围气体温度不等，密度也不同，射流轴线就产生弯曲。非等温圆射流，其轴心轨迹可用下式计算：式中 y射流轴心线上某点离开喷嘴轴线的垂直距离（m）； x射流轴心线上某点（沿喷嘴轴心）离开喷嘴的距离（m）； d0喷嘴直径（m）； a喷嘴紊流系数； Ar阿基米德数。 当喷嘴不是圆形时，用当量直径进行计算。阿基米德数表征浮力和惯性力的比值，计算式为：式中g重力加速度，g9.8m/s2 ； Tn射流周围空气温度(K)； T0射流出口温度(K)； v0射流出口速度(m/s)；d0喷嘴直径(m)。 (3)受限射流由于车室内横断面尺寸不是无限大，射出的气流会受到车体壁面的限制，出现与自由射流完全不同的特点，这种射流称为受限射流，或称有限空间射流。 图4-16为一个有限射流模型的试验结果。可看出A-A处回流量最大、回流断面又最小，因此回流速度为最大。如果喷嘴在模型上部，此时射流贴近平顶，本体形状仅为一半，回流只在射流下方，回流最大流速仍在转折面处。对于小空间的空调室，使用喷嘴送风而使工作区处于回流区中时，只要保证该断面的回流速度小于空调要求值，则整个工作区流速就都能符合要求，这对空调工程具有实际意义。 (4)贴附射流在汽车空调中，还常遇到送风气流流动受到壁面限制的情况。如客车送风口经常贴近顶棚时，射流在顶棚处不能卷吸空气，因而流速大、静压小、而射流下部流速小、静压大，使得气流贴附于板面流动，这样的射流称为贴附射流。 图4-17的贴附射流可视为完整射流的一半。其规律不变，即 对于扁射流，可将风口宽度b以2b代之。 由于贴附射流仅一面卷吸室内空气，所以它的射流速度衰减得慢，射程较同样喷口的自由射流为长。此外，当射流为冷射流时，气流下弯，贴附长度将受影响。贴附长度与阿基米德数Ar有关，Ar愈小则贴附长度愈长。 (5)平行射流当多个送风口相近时，送风相互干扰，会形成平行射流。由于平行射流间的相互作用，其流动规律不同于单独送出时的流动规律。气流出口后按自由射流规律发展，到两射流边界相交后，互相干扰并重叠，形成一个双重射流。 2回风口空气流动规律送风射流以一定的角度向外扩散，而回风气流则从四面八方流向回风口，流线向回风点集中形成点汇，等速面以此点汇为中心近似于球面，如图4-18所示。因此，回风口与送风口的空气流动规律是完全不同的，显著区别在于速度消失快得多，图4-18回风口空气流动点汇因为回风气流能从各处被回风口所吸入，不像自由射流扩张角很小之故。从下面分析也知。由于通过点汇作用范围内各球面的流量上都相等，故有式中 qv流向点汇的流量(甜s)； v1、v2任意两个球面上的流速(m/s)； rl、r2两球面距点汇的距离(m)。 从上式分析表明，在吸风气流作用区内，任意两点间的流速变化与距点汇的距离平方成反比。这就使点汇速度场的气流速度迅速地下降，使吸风所影响的区域范围变得很小。 实际空调工程中，由于空气流向吸风口时受到阻力，所以速度场成椭球形。如果吸风口为一狭长缝时，则气流规律接近于线汇。等速面将形成圆柱面。 从气流角度出发，回风的影响比送风口小得多。所以空调室内气体流动主要考虑的是送风方式。当然，回风口位置的布置也应慎重，如果将回风口置于送风射流区内，则部分送风会很快从回风口排出，造成送风短路，这是不可取的。2.5.3气流组织的一般方式 1送风口的形式 空调汽车内的气流流型主要取决于送风射流，而送风口的形式将直接影响气流的混合程度。出口方向及气流断面形状对送风射流具有重要的作用。根据气流形式、送风口安装位置及车厢内饰艺术设计等方面的要求，可以选择不同形式的送风口。按送风口安装位置分为顶棚送风口、侧壁送风口和地面送风口等。还常常将安装在侧壁上或风道侧壁上的格栅送风口、百叶送风口、条缝送风口等，统称为侧送风口。 汽车空调送风以侧送风口为主要形式。侧送风口可查有关空气调节工程手册或有关书籍。在设计中，应根据不同的室温允许波动范围的要求，选择不同结构的侧送风口，以满足车室内运行调节的要求。对于一般空调，宜采用简单的侧送风口，必要时可设置向上倾斜的档板或调节阀。对于室温允许波动范围要求的空调，侧送风口最好满足下列调节要求：各风口之间风量调节；射流轴线水平方向的调节，使送风速度均匀，射流轴线不偏斜；竖向仰角的调节，一般以向上100200的仰角，加强贴附，增加射程；水平面扩散角的调节。 大型汽车空调以风道输送冷气，常用球形转动喷射式送风口送风。球形转动。可根据人体要求的风位和风量自行调节，这种送风口结构具有风量、射流轴线、仰角和送风方向调节功能，是大型汽车空调主要的送风口。对于小型车用空调、卡车司机室、小轿车等，常用格栅送风口、百叶送风口(根据需要设置l-3层可转动的叶片)、条缝送风口。目前格栅送风口应用较多。格栅送风口除可装横竖薄片组成的格栅外，还可用薄板冲制成或塑料制品，并带有各种装饰图案的空花格栅，气流通过的有效面积可达70以上。格栅送风口常与冷却机组(蒸发器+风扇)组成一个部件，在车内控制板下方，或其他位置吊置。通过格栅中转动片调节风量、风向，并借风扇的速度调节，控制风速和风量。汽车空调送风口主要形式为格栅型和喷射型。 2回风口的形式 回风口由于附近流速急剧下降，对室内气流组织的影响不大，因而回风口构造比较筒单，类型也不多。最简单的就是在孔口上装金属网，以防杂物被吸入。回风口有时装有格栅或活动百叶进行调节回风量。小型车的回风口设置在司机室内的下方。大车回风口的形状和位置根据气流组织要求而定。 3车内的气流组织 车内气流组织除与送风口的位置有关外，还与送风口的构造形式、尺寸、送风温度、速度和气流方向等有关。按送、回风口位置的相互关系和气流方向，气流组织形式一般可分为上送风下回风(图4-19)、上送风上回风(图4-20)、中送风中回风(图4-21)及下送风下回风(图422)。 各种气流流型的特点如下： 1)上送风下回风气流流型。用于独立整体型、独立式分散型和非独立式底置型制冷设备的客车。此方式的送风较容易与室内空气充分混合，易于形成均匀的温度场和速度场，能够采用较大的送风温差，从而降低送风量，由实践经验知，送风速度可取25m/s。 2)中送风中回风气流流型。适用于轿车、小型客车。因为这些汽车的发动机前置，制冷设备大多安装在发动机处和驾驶区仪表台处此方式具有明显的节能效果。 3)上送风上回风气流流型。适用于顶置型和内装型空调设备的客车。顶置型的冷凝器、蒸发器是安装在车顶外部，内装型的蒸发器是安装在车顶内部，因此需采用上送风和上回风的气流组织形式。这种气流流型工艺较简单，但占了车厢里较多的空间，内饰设计处理较困难，但只要内饰设计得当，亦可以使车厢独具艺术风格。4)下送风下回风气流流型。用于客车的暖气设备。此流型使气流在车厢里形成一个大的回旋气流，使乘员区处于速度和温度较为稳定的回流中。此外，送出的气流沿途不断与室内较冷的空气混合，能满足冬季取暖时“头凉脚暖”的温度分布要求。 在实际使用中，可根据总布置设计的具体要求及空调设备的结构特点，灵活地选用各种气流组织形式。2.5.4风道系统设计 风道设计中要注意风道中的压力损失。压力损失是由摩擦阻力和局部阻力损失而组成的。摩擦阻力是空气沿管壁流动时，由空气与管壁之间的摩擦、空气分子内部之间的摩擦而产生，局部阻力是由于空气在管道中流动时，其流动的方向或速度骤然突变而产生涡流，造成的能量损失，由于汽车车厢空间有限，空调汽车的风道压力损失等问题尤为严重，在设计、布置风道时，应特别注意。 1风道设计需考虑的因素 空调客车冷热风的送风管道设计，一般是根据所选择的制冷和采暖设备的风量，保证其均匀地送入车厢，在符合使用效果的前提下，做到结构简单，制造方便，与车内内饰设计及附件相协调。风道设计时，需考虑以下因素： 1)必须考虑车身总布置设计和内饰造型设计，以及底盘设计中和风道有关的情况。 2)风道不能泄漏，以保证空调系统功能的发挥。 3)对风道要进行隔热保温处理，以减少通过风道壁的得热和失热。 4)要考虑风量平衡，风道中空气流动过程中各支管间的压力损失差值不要超过15，应对沿程压力损失进行详细计算。 5)风道的气流噪声必须控制在允许的范围内。因此风道的风速要进行控制。通常设备出风口风速控制在6.51lm/s，新风入口处风速56m/s，主风道风速5.58m/s，支风道风速45.5m/s，过滤器风速l1.5m/s。 2风道的阻力计算方法 (1)风道沿程压力损失 1)单位长度的沿程摩擦损失。又称比摩阻，用pm(Pa)表示，计算式如下：式中 摩擦阻力系数； v风道内空气的平均流速(m/s)； Rs风道的水力半径(m)； A风道的过流断面面积(m2)； P风道的周长(m)。 按风道水力半径的计算式，对于圆形风道，由于Rs=D/4，可得式中 D圆形风道的内径(m)。对于矩形风道，由于Rs=，可得式中 a矩形风道的内边长(m)； b矩形风道短边的内边长(m)。 对于其它形状的风道，可按类似的方法先求出水力半径R，再计算出单位长度摩擦损失。2)摩擦阻力系数。的确定比较复杂，因为是雷诺数R和管壁相对粗糙度n的函数。若空气流动呈层流状态时(Re2300)，有三种状态：当层流边界层覆盖住管壁凸起的高度时，为水力光滑管，此时影响值的只有Re，即： 当层流边界层只是覆盖了一部分凸起高度，而另一部分凸起高度在边界层外时，为过渡状态，此时既与Re有关，又与管壁粗糙度有关。 如果层流边界层很薄，管壁凸起高度完全突出在边界层外部，属于水力粗糙管，只与管壁表面粗糙度有关而与Re无关。与Re和h/d等的关系可参阅一般空调设计手册和管道设计手册中的有关图表。对于大部分风道，空气的流动呈紊流状态主要在紊流过渡区，其摩擦阻力系数取决于雷诺数和风道表面的绝对粗糙度。 3)风道内的风速。风速直接影响管道内阻力损失，如果在相同风量时，风道中风速选得过大。虽然风道尺寸可以取小有利于制造安装，但是这种情况下，风道内空气流动的阻力会以速度的平方值增加，为满足出口风速要求，需配置高压风机，不仅消耗较多的功率，而且气流噪声也很大。反之，在相同的风量条件下，把空气速度选得很小，虽然风道阻力损失减小，但风道尺寸过大，制造安装不方便，风道在车厢里所占空间过多。为此，空调汽车风道的风速推荐数据见表4-15。 4)摩擦损失的简化计算，摩擦阻力系数和单位长度摩擦损失亦可用简化的计算公式进行计算。风道材料为薄钢板。风道内壁表面各凸出部分的平均高度=0 15ram时，摩擦阻力系数值为单位长度的摩擦损失pm值为：式中 D圆形风道内径或是风道当量直径，D在0.22m范围内适用； v风道内空气的平均流速，在530m/s范围内适用。 风道材料为塑料板或玻璃钢，风道内壁表面各凸出部分的平均高度(绝对粗糙度)为h=1.0mm时，摩擦阻力系数值为 此时圆形风道内径或风道当量直径D在0.22m范围内适用，风道内空气的平均流速在320m/s范围内适用。 (2)风道的局部压力损失空气在风道中流动时，当空气的流量、速度及方向任一参数发生变化时，在风道内会发生涡流和速度的重新分布，从而使流动阻力大大增加，造成能量上的损失，这类损失称为局部阻力损失。如风道中的三通、弯头、截面扩大或缩小及进出口处，都会使空气的速度或流向发生改变，从而产生局部阻力损失。局部阻力可分为两类：流量不变时所产生的阻力，例如空气通过弯管、渐扩管、渐缩管、风门等部件。流量改变时所产生的阻力，例如空气通过三通管、四通管等部件。 不论哪类局部构件，其所引起的局部阻力损失pj均可按下式计算：式中pj局部压力损失(Pa)； 局部阻力系数。 各种常见的管件局部阻力系数可查阅有关的工程手册，但是在计算时必须注意值所对应断面的气流速度。 (3)风道设计中的一些技术措施设计风道时，为了减小局部阻力，通常采取如下技术措施： 1)避免风道断面突变。风道断面突然扩大，气流流速发生变化，部分气流会脱离扩管的壁面，在扩大截面处产生气流涡流，形成局部阻力，造成能量损失。因此，在风道布置长度允许的条件下，应采用渐扩或渐缩管道，使局部阻力损失和噪声减小。一般渐扩管中心角150，渐缩管中心角300为宜。 2)风道应尽量减少转弯。由于空气流过弯管时。气流流向必然发生改变，气流主流脱离管壁表面，使局部区域出现真空，气流会在局部区域回旋，造成能量损失，而且产生噪声。为了减小转弯处的局部阻力系数，可以减小转弯处的曲率半径和减少弯管过渡的节数。矩形风道的弯头，除了减小曲率半径之外，还可在弯头内部设置导流板来减小局部阻力系数。在处理竖风管与车内纵向风管的接头时，两者截面应尽量接近。900的弯头应尽量加大圆角半径，以减少气流阻力，若增设导流板，风阻可明显减少(见图4-23a左图)。在紧靠弯头的后面气流还未稳定，不宜设置出风口，如果必须设置出风口，应在弯头或风口处加导流板。试验证明，距弯头100mm出风口的风速，仅为其它地方的出风口风速的1/4(图4-23b)。 3)处理好局部管件的形成与连接。局部管件不仅涉及局部阻力而且关系到噪声，必须充分注意到局部管件的形成和连接的合理性，尽量减少涡流。如果处理不当，不仅大大增加局部阻力，而且局部管件会成为噪声源。图4-24列出了一些局部构件的正误例子，可供设计时参考。从图4-24中可知，增设导流板和合理确定弯曲半径非常重要。 一般空调设备送出的冷气流在进入主风道时，流向及断面都发生了变化。该部分将出现涡流区。为了减小涡流区，设置多个大圆弧半径的导流板，可以起到减小局部阻力的作用。导流板设置越多，对减小局部阻力越有利，但增设太多的导流板，工艺难度大。一般蒸发器每个出风口装一个导流板较为适宜。 制冷系统产生的冷气流，经分支管路进入主风道，沿程的摩擦阻力便使得进入主风道时的压力，比由制冷系统直接进入主风道时的压力有所减少，且管路越长，损失越大，同时分支管路的出现，使得局部构件增多，局部压力损失增大。为了减小局部的压力损失，在局部构件处加装导流板非常必要。加装导流板的数量以保证加工工艺适宜的情况下取最多为好，加装位置及圆弧半径按同样方法确定。以上主要介绍的是减少局部阻力的方法。虽然局部压力是系统压力损失的主要部分，但对于分支管路多的情况下，沿程压力损失也不可忽视。这就要求风道内的表面光滑平整。以降低风道表面的绝对粗糙度。从而减少摩擦阻力，降低压力损失。 4)风道与风机连接应合理。空调设备进出口风口处的动压是较大的，如果接管连接不合理，会引起很大的压力损失。 气流在进出风机处要求均匀分布，不要有流向和流速的突然变化。实践证明，不合理的接管方式会造成很大的压力损失，系统运行中许多问题都是由此引起的，图4-25列出了进出口接管方式的优劣对比。 气流出口的连接管应保持直管段，长度最好不少于出口边长的1.52.5倍(见图4-25a)，以便减少涡流。如果受空间限制，出口管必须转弯时，应在弯管中增加导流板，而且要注意转弯的方向一定要顺着风机叶轮转动的方向(见图4-25a)。风机进口接管的连接要注意涡流，如图4-25b中左图所示的情况，由于设计不好，涡流损失大。使风量减少25，加装导流板之后(图4-26)风量损失就减少到5。 5)出风口的出口流速应尽量降低。气流从风管排出时，当出口处无阻挡时，能量损失等于出口动压。当有阻挡，例如风帽、网格、百叶等，能量损失将大于出口动压，即局部阻力系数会大于1。因此，只有局部阻力系数大于1的部分才是出口局部阻力损失，等于l的部分是出口动压损失，有时将出口作成扩散作用较小的渐扩管，值就小于l，如图4-27a所示。 6)减小气流在风道进口处的局部阻力。空气进入风道时，由于产生气流与风道内壁分离和涡流而造成局部阻力。不同的进口形式，局部阻力相差很大，如图4-27b、c、d所示。因此，选择风道进口形式非常重要。 7)风道的截面要与车身总布置及内饰造型相协调。对于不同的车型，设计风道截面时可以不一样，通常考虑到内饰造型和车身总布置等因素，把风道截面设计成不规则的形状。对于公共汽车类空调客车，往往采用榄核形截面的送风管道，能产生宽敞车厢的效果，如图4-28a所示。对长途空调客车，采用矩形截面的送风管道，有利于与车内行李架的紧密配合，与车厢的内装饰更为协调，如图428b所示。在确定了风道的基本形状后，根据空调设备的出风量和所选定的风道内空气流速，参考车厢内装饰的要求，即可定出风道截面的具体尺寸。需要注意的是，当风道截面一定时，矩形风道断面的长宽比值越大，风道的阻力越大，所以应尽量减少长宽比。另外，在客车空调系统中，空气流速的大小与系统阻力、噪声的大小有着密切的关系。为了减小设备风机压力，降低功率消耗，避免噪声产生，主风道的风速应控制在低速送风范围内。 此外，风道设计时需注意风道的隔热与防止火。为了减少空气在风道输送过程中的冷、热量的损失，并且防止低温的风道表面结露，应对风道进行隔热保温。常用的保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料、玻璃棉、聚氨脂泡沫塑料等。为了防止火灾，车外风道最好用泡沫石棉隔热，并用石棉布包扎。2.5.5车室及风道内气流组织的CFD模拟 随着人民生活水平的提高，汽车空调热舒适性的要求越来越高，如针对不同乘员的分区温度控制技术，已在AUDI等很多车型上采用，因此了解车室内气流组织的详细规律十分重要。由于汽车车室结构紧凑、风道形状复杂，送风口的距离很近，送风射流相互干扰严重，传统的理论分析方法已难于满足汽车工程的要求。随着计算机硬件技术和计算方法的进展，CFD(计算流体动力学)方法已成为各大汽车生产商和汽车空调供应商研究汽车车室内气流组织及风道设计的有力工具。利用计算机辅助分析手段，可获得不同环境条件与送风参数下车室内气流组织的详细分布情况，以优化车身设计与空调系统配置。上海交通大学车用空调工程中心在这一领域也做了很多工作，为包括美国FORD汽车在内的国内外许多企业，进行了车室内流场与温度场的模拟研究。图4-29为FORD-ESCORT93型家用轿车驾驶座截面的流场与头部水平面温度场分布情况。 1轿车空调系统风道内气流组织规律图4-30为某国产车型的蒸发器总成内空气分配箱气流情况。由于风道开口偏右且面积较小，因而导致司机侧出风量(右)偏大而副驾驶侧风量太小。虽然出于舒适性考虑，应首先保证司机的舒适性，通常司机侧风口风量应比其它风口大20左右。本例设计中接仪表盘风道开口故意偏右且开口较小，其原意也在此。但因开口太小，导致风量分配过于不均，适当增大开口面积，将有利于改善冷气流分配，改善车室内的热舒适性。 2客车空调系统风道内气流组织规律 图4-3l为6700型空调客车车室内的空气流场和温度场情况。计算与实测结果均表明，由于风道采用直管路送风，风口的出风速度方向垂直于风道内部的主流方向，因此风口内外的静压差是决定风口风量的决定性因素。正是静压分布的前大后小，决定了送风量的前多后少。送风参数极不均匀，车室前部风量较大，而车室后部风量较小，即越靠近风机的送风口风量越小，而越远离风机的风口送风量反而越大。风量的这种分配方式，在一定程度上对车室内温度场的形成有利，因为车室前部挡风玻璃部分面积常常较大，太阳辐射负荷较大，增大前端风量有利于保证司机的热舒适性。在风道截面积较小时，风道内风速较大，风道进口端的静压常小于末端，因而表现车室尾部冷风量小，前端冷风量大。而有些车型的车室前端温度明显高于末端，其原因可能在于：车室密封性能较差，车体(尤其是车头、车门部位)漏风严重、同时风道冷风泄漏；风道部分的隔热较差，冷风在管路中的冷量损失较大。理论计算与实测的结果同时表明了风道部分隔热的重要性。5.3 空气的净化处理 汽车空调系统的空气需要净化的包括两部分：车外空气和车内循环空气。车外空气受到外界环境的污染，包括粉尘，汽车废气中的CO2、CO、NOx、SOx、碳氢化合物和烟雾等；车内循环空气受到活动和工作过程的污染，如发动机的废气通过车底裂缝进入到车内，人体发出汗臭，人呼吸发出的臭气、CO2等，这些污染物对人体健康造成不利的影响，使人精神疲倦，容易造成行车事故，所以必须对汽车空调的空气进行净化处理。5.3.1对粉尘的净化 汽车在公路上行驶，粉尘是空调的最大污染。粉尘包括由固体物质粉碎破坏形成的同体颗粒，因燃烧不完全产生的固体烟尘，因化学反应过程中升华、蒸馏形成的烟气及花粉、细菌等。根据粉尘特性的不同，汽车空调系统采用的空气净化装置通常有空气过滤式和静电集尘式两种类型。前者是在空调系统的进风口和回风口处设置空气滤清装置，仅能滤除空气中的灰尘和杂物，因此结构简单、工作可靠，只需定期清理过滤网上的灰尘和杂物即可，故广泛用于各种汽车空调系统中。后者则是在空气进口的过滤器后再设置一套静电集尘装置或单独安装一套用于净化车内空气的静电除尘装置。它除具有过滤和吸附烟尘等微小颗粒的杂质外，还具有除臭、杀菌作用，有的还能产生负离子以使车内空气更为新鲜洁净。由于其结构复杂、成本高，所以只用于某些高级轿车和旅游车上。 1过滤除尘 过滤除尘的原理主要是对尘埃起筛滤作用和拦截作用，还有惯性作用和扩散作用。过滤除尘主要用无纺布、过滤纤维纸组成千式纤维滤清器和金属网格浸油滤清器。干式纤维滤清器中对于较大粒度的尘埃，利用其惯性作用，来不及随气流转弯而碰撞到孔壁上，在重力作用下跌掉下来；对于微小颗粒，在围绕交错的纤维表面作布朗运动时，和纤维接触而沉积下来，并且在