2022年汽车风道设计

整理文本整理文本..整理文本.3.I汽车风道通用设计标准3.1.风道系统设计需考虑的因素在汽车风道系统设计时，要保证将其制冷和采暖设备的出风均匀地送入车厢内。在满足该使用效果的前提下，尽可能地做到结构简单，制造方便，与车内内饰设计及附件相协调。风道系统设计时，需考虑以下因素：1.必须考虑车身总布置设计、内饰造型设计以及底盘设计中和风道设计相关的情况；2.由于汽车车厢空间有限，空调汽车的风道压力损失问题较为严重，因此在设计、布置风道时，应特别注意风道中的压力损失；3.要考虑风道各支管路之间的风量平衡，各支管路之间的空气流动的压力损失差值不得超过15％，并要详细计算各支管路的沿程阻力损失；4.必须将风道的气流噪声控制在允许的范围内，因此要对风道的风速进行控制。通常出风口风速控制在6.5～11m/s，新风入口处风速5～6m/s，主风道风速5.5～8m/s，支风道风速4～5.5m/s，过滤器风速1～1.5m/s；5.风道不能有大的泄漏点，以保证空调系统功能的发挥；6.对风道要进行隔热保温处理，以减少空气在风道输送过程中的冷、热量损失，并防止低温风道外表结露。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；3.2.风道中的压力损失整理文本整理文本..整理文本.由于汽车车室内部的空气流动受有限的车厢空间的限制，汽车空调风道的压力损失问题较为严重，风道压力损失是由沿程压力损失和局部压力损失两局部组成。3.2.1.风道沿程压力损失风道沿程压力损失是空气沿风道管壁流动时，由空气与管壁之间的摩擦、空气分子与分子之间的摩擦而产生。风道单位长度的沿程压力损失pm〔又称比摩阻〕的计算式如下：式中：λ——摩擦阻力系数；ν——风道内空气的平均速度〔m/s〕；RS——风道的水力半径〔m〕；RS＝A/P；A——风道的过流横截面面积〔m2〕；P——风道的周长〔m〕；摩擦阻力系数λ是雷诺数Re和管壁粗糙度n的函数。假设空气流动呈层流状态时〔Re<2300〕，λ值与管壁外表粗糙度无关，只与Re有关，即λ＝64/Re当空气呈紊流状态时〔Re＞2300〕，有三种状态：⑴当层流边界层覆盖住管壁凸起高度时，为水力光滑管，此时影响λ值的只有Re，即整理文本整理文本..整理文本.⑵当层流边界层只是覆盖住管壁一局部凸起高度，而另一局部凸起高度在边界层外时，为过渡状态，此时λ既与Re有关，又与管壁粗糙度有关。⑶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，λ只与管壁外表粗糙度有关而与Re无关。但是对于大局部风道而言，空气的流动处在紊流过渡区，λ值既与Re有关，又与管壁外表粗糙度n有关，λ值与Re和n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。风道内空气的平均速度ν对风道沿程压力损失的影响最大，如果在相同风量时，风道中风速选得过大，虽然可减小风道的尺寸，但同时也会使风道内空气流动的沿程阻力以速度的平方值增加，而且还需要配置高压风机来满足风道出口风速的要求；反之，在相同的风量条件下，把空气速度选得过小，虽然风道阻力损失减小，但同时使风道尺寸过大，造成安装不方便，风道在车厢里所占空间过多。为此，空调汽车风道的风速应控制在如表3.1所示的低速风道送风范围内：表3.1低速风道推荐风速空调系统风量〔m3/h〕风速〔m/s〕新空气风道主风道分支风道<800<56～102～4800～80007～158～144～88000～2500012～1810～164～8风道摩擦阻力系数λ和单位长度的沿程压力损失pm也可采用如下的简化计算式计算：①风道材料为薄钢板，风道内壁外表各凸出局部的平均高度为0.15mm时，；整理文本整理文本..整理文本.D——圆形风道内径或风道当量直径〔m〕；适用范围：0.2m≤D≤2m；3m/s≤ν≤20m/s；②风道材料为塑料板或玻璃钢，风道内壁外表各凸出局部的平均高度〔绝对粗糙度〕为1mm时，；D——圆形风道内径或风道当量直径〔m〕；适用范围：0.2m≤D≤2m；5m/s≤ν≤30m/s；要降低风道沿程压力损失，就要求风道内外表光滑平整，以降低风道外表的绝对粗糙度，从而减小摩擦阻力。3.2.2.风道的局部压力损失局部压力损失是由于空气在风道中的流量、流动方向或速度骤然突变时，会在风道内发生涡流或速度的重新分布，从而使流动阻力大大增加，造成能量损失。例如当空气流过三通管、四通管等部件时，因流量改变而产生的局部阻力损失；当空气流过弯管、渐扩管、渐缩管、风门等部件时因气流速度或方向改变而产生的局部阻力损失。不管哪类局部构件，其所引起的局部阻力损失均可根据下式计算：——局部阻力系数，其取值根据相应的风道截面气流速度查阅有关的工程手册；设计风道时，为了减小局部阻力，通常采取如下技术措施：①防止风道截面突变整理文本整理文本..整理文本.风道截面突然扩大，会使局部气流因流速的变化而脱离扩管的壁面，在扩大截面处产生涡流，形成局部阻力损失。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音减小。一般渐扩管中心角≤14°，渐缩管中心角<40°为宜〔如图3.1〕。图3.1风道截面突变角度②风道应尽量减少转弯由于空气流过弯管时，气流主流会因流向突变而脱离管壁外表，使局部区域出现真空，气流会在局部区域盘旋，造成能量损失，而且产生噪音。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。在处理竖直风管与车内纵向风管的接头时，两者截面应尽量接近，并尽可能地增大90°弯头的圆角半径，假设增设导流板，风阻可明显减小〔如图3.2a〕。在紧靠弯头的后面气流还未稳定〔如图3.2b〕，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。图3.2风道弯头整理文本整理文本..整理文本.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音，如果处理不好局部管件的形成和连接，涡流的生成可能性大大增加。那么不仅会大大增加局部阻力，而且会使局部管件成为噪声源。增设导流板和合理确定弯曲半径会改善局部管件的连接情况。〔如图3.3〕图3.3风道局部管件设计举例④风道与风机连接应合理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。气流出口的连接管应保持直管段，长度最好不小于出口边长的1.5～2.5倍，如果受空间限制，出口管必须折弯时，应在弯管中增设导流板，而且转弯的方向要顺着风机叶轮转动的方向〔如图3.4a〕。风机进口接管的连接要注意涡流，由于设计不好，涡流损失大，使风量减少，加装导流板后，风量损失就减少到5％〔如图3.4b〕。整理文本整理文本..整理文本.图3.4风道与风机连接方式优劣比照⑤出风口的局部阻力为了减小出风口的局部阻力系数，应尽量降低出风口的出口流速。气流从风道排出时，当出口处无阻挡时，能量损失等于出口动压。当有阻挡，例如网罩、百叶、风球等，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的局部才是出口局部阻力损失，等于1的局部是出口动压损失。将出口做成扩散作用较小的渐扩管，以减小局部阻力系数〔如图3.5，ζ<0.1〕。图3.5风道出风口的阻力系数⑥进风口的局部阻力气流进入风道时，由于产生气流与风道内壁别离和涡流而造成局部阻力。不同的进口形式，其局部阻力系数相差很大〔如图3.6〕，因此，选择风道进口形式非常重要。图3.6风道进风口的阻力系数整理文本整理文本..整理文本.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，通过考虑内饰造型和车身总布置等因素，将风道截面设计成不同的形状。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；对于长途空调客车，采