成就客户
一汽解放基于STAR-CCM+的汽车空调箱体风量仿真技术研究
故事摘要
业务诉求:
汽车空调性能的好坏直接影响驾驶室热舒适性。在汽车空调产品开发流程中，传统的设计方法主要依靠经验进行产品结构设计，虽然这种流程能够满足空调产品的开发要求、保障其性能指标，但同时也存在周期长成本高、无法直观内部流体参数等问题。在空调产品CFD仿真计算的方法中，多采用速度进口为边界条件，定性的分析产品结构对内部流体产生的影响，然后进行结构改进，但进口速度值多依据专业设计经验预估设定，与空调产品最终试验结果存在一定偏差，行业上，缺少进行空调箱体出风量的仿真技术方法，对空调箱体产品开发的支撑程度有限。
解决方案:
一汽解放汽车有限公司商用车开发院车身开发部以某汽车空调箱体总成为载体借助一汽解放能够进行物理样件台架试验和SimcenterTM STAR-CCM+TM software CFD仿真的优势，研究一种空调箱体出风量的仿真分析方法，为未来的汽车空调箱体总成结构开发以及热舒性能预测，提供一种可行、有效的工程应用方法。
实施效果：
仿真结果与试验结果的6种模式出风量值误差控制在10%以内，论证了该方法的可行性及有效性，为以后空调箱体产品开发及性能提前控制，提供了一种可行、有效的工程应用方法。
企业背景介绍
一汽解放汽车有限公司商用车开发院位于吉林长春，创建于1950年，是中国成立最早、规模最大、研发能力最强的商用车研发中心，负责解放品牌重中轻型车、智能网联车、新能源车及相关总成、零部件的自主研发。具有五大核心能力，构建了“四化一高”技术平台，具备整车环境与强度疲劳等产品试验验证能力设施，具有功能完备的寒区汽车试验场，研发规模、技术实力都居行业领先。近年来国家不断发布数字化战略部署，一汽解放在不断探索数字化转型之路。随着 CFD仿真技术的飞速发展，其应用范围不断扩大，其周期短、成本低、介质流场直观可见的优势，使得整车开发领域已将其作为产品开发的一种手段。
企业亟待解决的业务问题
在汽车空调产品开发流程中，传统的设计方法主要依靠经验进行产品结构设计，通过台架试验验证风量、制冷、放热等核心性能然后根据性能试验结果进行结构调整及优化，虽然这种流程能够满足空调产品的开发要求、保障其性能指标，但同时也存在周期长、成本高、无法直观内部流体参数等问题。
企业应用实践与探索
解决方案实际应用情况与探索：
具体描述: 通过台架试验测量获得蒸发器芯体风速-阻力曲线以及暖风芯体的风速阻力曲线。模拟空调箱体真实工作情况获得该箱体的真实的风量仿真结果和对应的试验结果达到很好的一致性才能被工程应用采用。因此，本阶段主要进行空调箱体风量CFD仿真分析，获得该空调箱体6种常用出风模式下的风量仿真结果。根据对6种工况仿真结果分析，可以得出该空调箱体总成出风量随着不同的出风模式存在一定的差异，当空调模式为外循环制冷吹面时，风量达到最大;当空调模式为外循环采暖吹脚时，风量达到最小。经分析，由外循环制冷吹面模式，空气流动路径是箱体进口、蒸发器芯体、吹面出口；外循环采暖吹脚模式，空气流动路径是箱体进口、蒸发器芯体、暖风芯体、吹脚出口，空气在采暖吹脚模式中比制冷吹面模式多流经了一个暖风芯体，且吹脚出口周围的箱体结构比吹面出口紧凑，产生的局部阻力偏大，综合这两个原因，导致外循环采暖吹脚出口风量低于外循环制冷吹面，以上，可以得出该空调箱体的两条出风量规律，同时通过实验验证了仿真的准确性。
实施成效:
通过物理样件试验获得了，获得空调箱体风量仿真分析所需的多孔介质参数。结合模式阀板开度以及风机转速的设计参数值，然后使用Simcenter STAR-CCM+进行了CFD仿真分析，获得了该空调箱体6种出风模式的风量仿真结果。最后通过箱体风量试验，验证了仿真结果的有效性误差不超过10%。通过空调箱体风量仿真结果以及试验结果可以得出，空调箱体各模式出风量受内部芯体结构、箱体内部结构影响，各模式出风量值存在大小差异从而空调箱体总成在开发阶段的零部件选型、内部结构设计对其出风性能的影响起到至关重要的作用。直观的体现芯体结构和箱体内部结构对空调箱体出风性能的影响，进而指导空调箱体零部件选型设计工作。
实施企业反馈与点评:
通过该空调箱体仿真分析方法，有助于缩短空调箱体产品开发周期、降低试验成本、提升空调产品性能控制的目的，为实现空调产品开发数字化转型赋能提供一条可选择的路径。
刘宁 试验工程师
一汽解放汽车有限公司商用车开发院车身开发部
未来合作展望:
1) 通过该仿真分析方法，获得空调箱体的风量仿真结果，实现在产品数据设计阶段，进行空调箱体风量性能评价的工作
2) 通过仿真模拟的流线、压力、速度等流体特征，进行零部件选型以及空调箱体结构优化相关工作
3)将空调箱体风量仿真结果，作为边界条件，应用到驾驶室热舒适性的仿真分析当中，提升整车热舒适性虚拟仿真的真实性以及有效性，指导整车空调产品热舒适性能的开发及控制。
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