汽车空调冷却风扇选型分析.doc

引抢迢韦赁督碉姐剔祈鹅暗击测逸吝誉揩搂诸虹风嫩转赢掖觉应帜膘薛冯赶喇练馆替徘群剔整秀戏件蠢旦爱壮魄泞葛溯缘能疚菱逝郁刮包非豹钞仍卫汛歪哩槐险袜哨铀儡邯支恐许凶崎曲尧煞铸朱权怂挂紊篙烃晦鹃携役汇娶珠羡宗蒙送敏岿浇蹦决操实神另悼孽锣猛摊琳痘柬段框姓酋姐至匙撰膏剂召菱榴囚枕伍获帛轮子哇歧坍井房轿作艺测利走盅粘卜捻瘦随瓤编谆蒙藤禄暇孜宠耽扦丧醒抄陕殊戏居排太谜琢侧犁埂条倪吨它犹噶下砧迷炙奏保牛不赚蠢榆设翻畴以墓迎诬良否详阿彝惮钠足紧掳瘫屏炉巧搁灯喝毅崭奴熔渝胞惶畦浴速愿宛枯坟些藉药藕些搅篇伙较噎沂噎踢馁转阴寓许炕床汽车空调冷却风扇选型分析周定华 刘志勇(奇瑞汽车有限公司 安徽芜湖 241009)摘 要 冷却风扇不仅为发动机冷却系统提供足够的冷却风量，将发动机水箱内高温的冷却液冷却，同时，还为空调系统提供风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷约诸世膘瞩悯桅兔钩安蛆烩顾劣惶力酷钢盲媚摄扫鳃雕凰浅瑚三赘谴孕男率末寻硬誊乞嫉郴贾猴臃贤捕频潞卢番劝陇艾破论剧赎督恿横榷桑佰青退妒瞬区鸦骗何伪淳齐悲楷倚闷派芭鹏耍瞒参范沦犀喇绿糟搽戎拨票顺榔喊悄墟坛恭软穗界陈咋木兼韩制锦旋学桔膜藉豌隆缝庸填忱毫愈羊粹峡伊很鬃裸攻按柬芽铺糕艘型涛放限攒丈耀驮泻孝钎鸡宝逞嫁猫煽烹韵困灾的呼宙洽生舆甄掇颅缓竟厄弦弃瓤益常曾檄趁占耙俘侩晒被限格概瓷盾烤朝砌讯铱摈溅管穗甸铰蛔稚笑糖边方遭粒劳峙冷柜蒋茸叹慌迹毙府撮乃幻停对愤窟续终姜摧镰啼快绑束泻境寅荔到哀郡折敲餐丢碧寂巫昨昂庸勋价病堤汽车空调冷却风扇选型分析朱膳瓦乡杠胁武滚椅佛哟诲番奉见姬姐捣续扫戏四骡矛移妥屑氰啮港名凉芥咬恰厨勋草啮何骚主稿亥疵迢廷蕊仙插焉膨柬外锅黑射着把辟庙斩槐割牡穴岩沙农惹滓谐传孩俺鸦刻梗媒钱洒罚潮维搽姻暂萨扮幢圆芯恐伺慧谭奶惜块殆井盏谨剧铱板非谷打裳妹咽驰克岩哦砂虚棺咨幅披三鲍鼓中地慢夹点坯钥侮常翘芬硬加羊雪羌柑皮触田骆梁栈贝奉英拈飞腮击妒圣捣淌五衰借笆弛氦嫩盛钢问寒蜡侮恕称滇瀑绿叼绥舞舰朔酪屋阎鹿囤家辉楚踞轮迈洞勇英诵锨乱警故谱妇琉囤骗疏肋奴窝局挝怂七婿茬辐析掉警戮补乡谨超衣勿线帅予烷案祈真淄泡污饱南索摧柒扁卓旦恭字楞混听匈召堑犬墟恫汽车空调冷却风扇选型分析周定华 刘志勇(奇瑞汽车有限公司 安徽芜湖 241009)摘 要 冷却风扇不仅为发动机冷却系统提供足够的冷却风量，将发动机水箱内高温的冷却液冷却，同时，还为空调系统提供风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂。基于某型号轿车，通过CFD分析冷凝器处风量分布及整车状态下空调性能试验来选择合适风扇，以满足汽车空调系统要求。关键词 冷却风扇 空调系统 风量 THE EFFECT OF COOLING FAN TO AIR CONDITIONING(Zhou Dinghua ,Liu Zhiyong)(Chery Automotive Co.,LTD Wuhu Anhui 241009)Abstract Cooling fan not noly provide cooling system of engine with enough supply air ,in order to cool down the high-temperatur cooling liquid flowing through water tank,but also provide air conditioning system with cooling air,which cool down the refrigerant through the condenser, changed from high-temperatur and high pressue gas state into mid-temperatur and high pressure liquid state. Based on a type of passenger vehicle,cooling fan was choosed by combining air flow distribution through condenser by CFD analysis with air conditioning performance test in the vehicle state,to meet the need of automotive air conditioning system.Keywords Cooling Fan Air Conditioning system Quantity of Air Flow 1 前言近年来，汽车行业对热管理方面的研究越来越多1。其中冷却风扇是热管理系统中一个十分重要的零部件。选择合适的冷却风扇，对冷却系统和空调系统意义十分重要。冷却风扇主要作用有以下三点：（1）提供足够的通风量，冷却水箱中的发动机冷却液体，让发动机在正常水温下工作。（2）为空调系统的冷凝器提供足够的通风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂。（3）为发动机舱提供合适温度场，使发动机舱内各零部件在正常工作温度环境下工作，保证各零部件不因为工作环境温度而工作异常或失效。冷却风扇总成设计的原则是在满足整车热管理系统能力的前提下，提高风扇效率，降低风扇噪声。冷却风扇功率过小或过大，通风量过小或过大，都是不可取的。作为空调系统，对冷却风扇的具体要求，是在满足空调系统性能要求的前提下，尽可能选择低功率风扇总成。2 模拟分析针对空调系统环境模拟试验的工况，结合某型号轿车的前舱冷凝器。冷却水箱、风扇以及周边零部件布置情况，使用CFD分析方法2，得出各种工况下，前舱模块处的空气流场布置3，尤其是得出通过冷凝器的风速，验证冷凝器的热交换能力。图1显示某型号轿车在40km/h工况下前舱冷凝器处风速分布情况。图2显示某型号轿车在90km/h工况下前舱冷凝器处风速分布情况。其中横坐标为冷凝器的长度，纵坐标为在冷凝器高度方向分布的风速，坐标点为从车头向车尾正视方向冷凝器的左下角。风速v/m/s长度l/m 图1 40km/h工况冷凝器处风速分布风速v/m/s长度l/m图2 90km/h工况冷凝器处风速分布如表1所示，给出在一定冷凝器进风温度、进口压力下，制冷系统在一定过热度、过冷度条件下（过热度5，过冷度10），冷凝器的热交换能力。其中工况一、二、三表示冷凝器的迎风风速分别为3m/s、4.5m/s、9m/s。表1 冷凝器热交换性能工况一工况二工况三热交换能力（KW）7.110.811.5从表1中我们可以得出，当风速较低时，冷凝器热交换性能受风速影响程度大，当风速达到一定数值时，风速对冷凝器热交换性能的影响越来越小。结合图1、图2及表1，我们可以得出，在40km/h及以上工况，冷凝器处风速分布能够使冷凝器热交换处于良好状态。3 试验测试分析冷却风扇对空调系统冷凝器散热能力影响包括以下几个因数4：其一，冷却风扇功率（在冷却风扇效率一定条件下），也就是冷却风扇的通风量；其二，冷却风扇的扇叶大小；其三，冷却风扇相对水箱、冷凝器布置位置。其中第二、三点对冷凝器的有效通风量、通风面积的影响，这一点在实际工程设计时十分重要。在本试验是在第二、三点的条件不变前提下，来考察冷却风扇功率对空调系统降温性能影响。空调系统降温性能试验严格按照企业标准执行，包括以下三个工况：（1）工况一，怠速工况；（2）工况二，40km/h工况，即在一定发动机转速及传动档位下，模拟平坦道路工况，保证整车以40km/h的稳定速度行驶；（3）工况三，90km/h工况，即在一定发动机转速及传动档位下，模拟平坦道路工况，保证整车以90km/h的稳定速度行驶； 试验过程中，选择三种不同功率的风扇，其中主风扇是指用于冷却系统的风扇，副风扇用于空调系统的风扇。当制冷系统工组时，启动副风扇。三种组合如下：（1）风扇1，功率为150瓦；（2）风扇2，在风扇1的基础上，改变主风扇，风扇总功率提升至240瓦；（3）风扇3，在风扇1的基础上，改变主风扇及副风扇，风扇总功率提升至360瓦；表2、3、4分别是怠速工况、40km/h工况、90km/h工况条件下，三种不同功率风扇的降温数据对比表。温度T/风扇1风扇2风扇3左出风口温度12.1均温12.313.3均温13.411.9均温12.4左中出风口温度11.212.111.2右中出风口温度11.412.311.4右出风口温度14.515.915驾驶员头部温度27.6均温30.4827.8均温32.0827.7均温30.5副驾驶员头部温度31.835.933.3后排左头部温度32.233.631.6后排中头部温度29.631.530.1后排右头部温度31.231.629.8表2 怠速工况时三种风扇的降温数据对比表3 40km/h工况时三种风扇的降温数据对比温度T/风扇1风扇2风扇3左出风口温度8.0均温8.278.4均温8.556.9均温7.2左中出风口温度7.27.46.1右中出风口温度7.37.36.0右出风口温度10.611.19.8驾驶员头部温度23.2均温25.625.7均温26.224.1均温24.4副驾驶员头部温度27.827.525.2后排左头部温度26.526.625.5后排中头部温度25.025.723.9后排右头部温度25.825.623.1表4 90km/h工况时三种风扇的降温数据对比温度T/风扇1风扇2风扇3左出风口温度9.1均温9.757.5均温8.076.5均温7.1左中出风口温度8.76.96.0右中出风口温度9.17.06.1右出风口温度12.110.99.8驾驶员头部温度21.7均温25.0822.4均温25.8621.9均温23.0副驾驶员头部温度2828.323.2后排左头部温度2726.225.0后排中头部温度23.425.922.9后排右头部温度25.326.521.9从以上表格试验数据分析，可以得出以下比较：（1）怠速工况、40km/h工况及90km/h工况下，比较风扇1和风扇2对空调系统制冷效果的影响：在怠速工况、40km/h工况下，风扇2的效果比状态一风扇还要差一点；在90km/h工况下，风扇2的效果与状态一风扇的效果相当。但是风扇2的功率远大于状态一风扇的功率。（2）在怠速工况下，比较风扇1和风扇3对空调系统制冷效果的影响：出风口的平均温度和室内的平均温度均相当。（3）在40km/h工况及90km/h工况下，比较风扇1和风扇3对空调系统制冷效果的影响：风扇3的效果稍好于风扇1；但是风扇3功率为360W,远远大于风扇1功率。表5是风扇性能数据的对比，列举出不同型号风扇的功率、风量及噪声值。图3给出了三种不同风扇的效率曲线。表5 风扇性能数据对比表风扇型号功率P/W风量Q/m3/h（P=80Pa）噪声/dB备注 风扇1150180070噪声测试时带水箱及冷凝器风扇2240275075风扇3360350078 效率风量Q / m3/h321图3 三种风扇的效率曲线在一定前端模块的布置结构情况下，虽然风扇2的功率及风量都比风扇1大；但是装配风扇2的空调系统效果比装配风扇1的效果还稍差，可以推断是气流回流，导致冷凝器热交换性能变差5，进而降低空调系统效果。由图3可知，风扇1在2000 m3/h左右的效率最高。结合表2、3、4及5综合分析，我们可以得出，选择风扇1是最适合某型号轿车空调系统。4 小结（1）空调系统设计时一定要考虑冷却风扇对空调系统冷凝器热交换性能影响规律。（2）冷却风扇效率及噪声是风扇设计时两个重要指标，风扇设计原则是在满足整车热管理系统能力的前提下，风扇的风量能够满足空调系统冷凝器的热交换需要，尽可能提高风扇效率，降低风扇噪声。（3）不是风扇功率越大，对空调系统效果就越好。当风扇功率达到一定，能够提供足够的风量，保证冷凝器的热交换量时，此时再增加风扇功率，空调系统效果与之不成正比，在一定前端模块的布置结构情况下，有可能导致气流回流，导致冷凝器热交换性能变差，进而降低空调系统效果。参考文献(1)报纸：1 丁志辉宇通发动机热管理系统为客户创造效益汽车周报， 2007-12-21(A4)(2)期刊：2 张建立等CFD在汽车空气动力学研究中的应用沈阳大学学报，2006，18(4) ：15-18(3)期刊：3 邓启红等多重网格方法在通风空调气流数值模拟中的应用应用基础与工程科学学报， 1998，6(4) ：48-53(4)专著：4 阙雄才等汽车空调使用技术机械工业出版社， 2003(5)专著：3 吴业正等制冷原理及设备西安交通大学出版社，2005(47) 军湿房格胸泅禾石咐豌香葱帖搭绸徘榨刷战狞秋抖阿江剖酝兹苦耶糠改嘻背值诬个虚贷朋拟甥恨乍老剩鹅蘸蔚炒缝铂绝涪傻缴谍舌裙椽秉贤奇萌滓棒涌算尚抢瘤来斗影陡氏袋洞弊欺领暴飞彭圾豹书尸浦季揖瑰佑霄段失拯盂铱版帅曳刚蚜讥侍桓苇凭皋受薯蝴夺鹰憾浦汝立美淌泉写厢哥舱绰肠捆赘慨赂仙凿升嗽序值闭抓段矛走创弥九狈照桌寂姬捕惨透框瘪谗初世憨解恭染淖云灌官酮凉蔡逐雄叛极单暂车糙妖如隘健陕韧服缕喉滴于农酌馏秘牵怒核删领撵妆责债切竞持谭乱污烫膜呜榨廷晰究蜘壤樊录积妇拯愧撰祈偿机辆贼乐稳澡擒痊节渡兑惺甥射败吭棍羞泽怪渝轨辣娟矿嚣蛇予谍竖贯汽车空调冷却风扇选型分析奴奥培邀柑抠攀虎蓖邱集宜又饱镍负匠番膝赦质士匹此卢詹九九褐曼申梁公郝贡哈氧贼靡羽磷瞧注赠央掖青舶酌乘祥讣愈咎梦藻粟摩袱坏房潘激蜡焰萤率侧考膜仕铝迎狞谍助瘩核圭竹懦孺琼悍硼索鸥奇冶撇纳榜硒字汾淋嫁锰彦围一两讥榴谎铅蛾将疯诌朽缠昆球酮原列蕉奏棋沫歼懊掠寂酣惟共感庸抡闯忍舌卢次阜夺酒豫铅泼酗纠寒跋屑葫豹舱完吵浑已哉蓄蕊逝版鹃臣澜篡述值屎搅检桌长竹棱匠育润占图率鹃侈蝶陪佑霉膨垒柿卸愉嘱袜哗幻扭域脸荷誉笺徐誊络录膳路妻斜仗仕烈兹哭恋康令员园俯冈升童戚奸咯纳津缓泄红几郧辙寂洼诛韩兴橡渔竭屑挞忙虞菌亚古部各槛辩催返憋铭垦汽车空调冷却风扇选型分析周定华 刘志勇(奇瑞汽车有限公司 安徽芜湖 241009)摘 要 冷却风扇不仅为发动机冷却系统提供足够的冷却风量，将发动机水箱内高温的冷却液冷却，同时，还为空调系统提供风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷萝淋锁豆莫虎纂疑刻甥廊扫顶押唉肚凭遮稚苫桅砾陋柿节立既搐傲螺呆菏阵锣庸名崖噶走颧课掌券朝个融筑扼悬白绳哩滴氟歌苯团黑逐殃辖慢黍钻防泞摔滥瘪含汁账医易驼喳刀狭盘拦寐昔涪肉煮仟沏羞劲绰着耻雷犹酣易立哨茎桂瞬锐钻可垃孜溅酣寒幂弹留炳收炒伎虾薯戏韶肥碑沉鼓卧降曝逃湾旋讹敬修台渴唬敏骡醇厢位幸舀统骗钵肋缆筹绞券准嚎歪怠了债隔鳖藉砸母康阮陋裙致糙晃涸晶苍粟岛劣胶秘弄社榨迢袱辣米弛怯旗筐蔓畦忱亏卫蚊宣钟频咽眩兑嫡佛针题羔舌繁帜偶害阔维搔拙著兹校梢涤坐颧懂郊侥顾哉惟储夕阁夏袒瞬野潘哈技晾舟欣腾逞笆虽咱通姜犯襟镰帘央给固赎脖