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重庆大学硕士学位论文现代汽车空调系统数值模拟仿真姓名：于福义申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：凌泽民20050501重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要汽车空调的性能是汽车性能的重要指标之一。如何改善汽车空调系统的结构，降低噪声，减少蒸发器总成系统内流体偏流现象，提高蒸发器芯体的效率，是汽车工业中的重要的研究课题之一。一种可行的方法是，建立数学模型，进行数值分析。由于传统的试验设计方法难以反映空调系统中存在的影响空调性能的不利因素的产生原因，而用数值模拟计算实现汽车空调结构设计和优化更为有效，目前正成为汽车空调领域设计和开发方法的热点。因此，开展汽车空调系统的数学建模与优化研究，不但可以丰富和完善汽车空调理论和方法，而且具有重要的实用价值。蒸发器系统总成是汽车空调系统的重要组成部分，其性能好坏对汽车空调的舒适性、经济性和可靠性有很大的影响。为了改进汽车空调系统蒸发器总成设计结构、缩短产品开发的时间周期及降低开发的成本，论文根据计算流体力学原理（简称CFD），对一种典型的汽车空调系统蒸发器总成进行了数值模拟仿真。CFD技术是目前国际上一个强有力的研究领域，是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流及化学反应研究的重要技术，广泛应用于各个领域，换热器的优化设计是CFD的重要领域之一。CFD软件可以比较快捷、准确及直观地反映流体在蒸发器系统中流动的过程，因此很容易从对流场的分析中发现设计中存在的问题，并且进行设计方案的改进，从而避免了人力、物力的浪费。因此，本文采用著名的流体分析计算软件FLUENT来对汽车空调系统的蒸发器总成进行数值模拟，以得出相关的研究结论用于改进系统的设计，主要内容包括以下两部分：第一，蒸发器系统物理模型的建立，及数值算法和湍流模型的确定；在数值模拟中，一个物理模型建立的好坏将直接影响到分析结果的准确度和计算精度。不同的算法和湍流模型对分析的收敛快慢有很大的影响。选定合适的算法和湍流模型能够大大地提高收敛速度，缩短计算时间。第二，对物理模型进行计算和优化。对物理模型进行数值模拟，分析计算结果，根据计算结果找出设计中存在的错误，然后优化模型重新计算。通过应用CFD技术对蒸发器总成进行数值仿真设计并改进设计结构上的不合理部分，可以达到使总成内空气的速度、温度得到均匀的分布，得到适当的速度值以及降低噪声的目的；由计算结果可知，蒸发器总成数值计算模型得到了优化改进，提高了空调性能；把CFD技术应用到蒸发器总成的设计，缩短了蒸发器总重庆大学硕士学位论文中文摘要II成系统的研发周期，降低了研发成本及试验费用。关键词：汽车空调，蒸发器总成，计算流体力学，数值模拟重庆大学硕士学位论文英文摘要IIIABSTRACTThecapabilityofvehicleairconditioningsystemisaimportantstandardofvehiclecapability.Oneimportantprobleminvehicleindustryishowtoimprovethestructureofairconditioningsystem,that’storeducetheinequalityofliquidflowintheHVACsystemandincreasetheefficiencyoftheHVACcore.So,apracticalalternativeisnumericalanalysis,thatistodevelopmathematicsmodels.Fortraditionaltestdesignscouldnotdealwiththereasonofdisadvantagecomplicationtoaffectthecapabilityofairconditioningsystem,thenumericalsimulationhasbeenusedinthedesignofvehicleairconditioningsystemrecently,anditsapplicationsinthedesignarebecominganewtrendinthedesignandoptimizationintheairconditioningstructure.therefore,theresearchesonnumericalsimulatingairconditioningsystemandoptimizationcouldprovidenewpracticalmethods,andthenenrichmethodologyinairconditioningdesigntheogy.HVACistheimportantpartofvehicleairconditioningsystem,anditscapabilityhasagreatmanyinfluenceforthecomfortable,economicandcrediblecapabilityofairconditioningsystem.ForimprovingonthestructureofHVAC,shorteningthetimeperiodsofproductdesignandreducingthecastofdesign,thispaperdescribesthenumericalsimulationofatypicalHVACinvehicleairconditioningsystemfthroughapplyingthetheogyofComputationalFluidDynamitics(CFD).CFDtechniqueisastronglyresearchfieldininternationalrangerecently,anditisaimportanttechniqueofresearchsintransferheat,transfermass,momentumtransferetc.ItisoneoftheimportantfieldforoptimizationofHVAC.CFDsoftmayfastly,trulyandclearreflecttheprocessofliquidflowinHVAC,therefore,itiseasytofindtheproblemsofthedesignfromtheanalysisandtoimproveonthedesigntoavoidthewasteofmanpowerandmaterialresources.Consequently,thispaperusestheFLURENTsoftofafamousflowsofttosimulateHVACofairconditioningsystemtogainaconclusionforimprovingonsystem.First,itistoeatablishthemodelofHVACandconfirmsimulationarithmeticandonflowmodel.Innumericalsimulation,themodelcaninfluencetheveracityandcomputingprecisionofanalysisreasons.Ithasagreatmanyinfluenceforconvergencevelocityofanalysisforthedifferentarithmeticsandonflowmodels.agoodarithmeticandonflowmodelcanimproveconvergencevolecityandshortencomputingtime.Second,itisto重庆大学硕士学位论文英文摘要IVsimulateandoptimizemodel.Throughanalysisreasons,illogicalitydesignstructurecanbefoundandnewlyoptimizedesign.ByapplyingCFDtosimulatedesignsandimproveontheinconsequentialdesigns,itcanmakethesymmetricaldistributingofvelocityandtemperatureofairinHVAC,obtainapropervalueofvelocityandreducetheyawpvalue.Fromtheresultofsimulation,thenumericalmodelhasbeenoptimized.Itadvancesthecapabilityodair-conditioningsystem.WhileapplyingCFDtothedesignofHVAC,itcarrythepurposeofshorteningthedesignperiodsofHVACandreducingthecostsofempolderingsandtests.Keywords:vehicleairconditioning,HVAC,computationalfluiddynamics(CFD),numericalsimulation.重庆大学硕士学位论文1绪论11绪论1.1前言汽车工业是我国的支柱产业之一，其发展也必然会带动汽车空调产业的发展。近年来，随着国民经济的持续发展和人民对生活质量要求的日益提高，我国的汽车空调事业得到了较快的发展。我国汽车空调起步较晚，1971年才开始在长春第一汽车制造厂的红旗牌轿车上安装仿制的第一台汽车空调器，可以说在20世纪70年代以前，我国汽车空调行业几乎是空白。70年代末80年代初，上海牌轿车安装上国产的汽车空调器，标志着国内汽车空调已真正起步。如今，我国汽车保有量已达到2000万辆，汽车年产量可达260～300万辆，汽车空调市场有着广阔的发展前景。汽车空调事业在我国之所能如此迅速发展，重要的原因之一，是汽车空调作为空调技术在汽车上的应用，它能创造车室内热微环境的舒适性，保持车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声和余压等在热舒适的标准范围内，不仅有利于保护司乘人员的身心健康，提高其工作效率和生活质量，而且还对增加汽车行驶安全性具有积极作用。因而，汽车空调技术正成为提高汽车市场竞争能力的重要手段之一，也成为了人民生活水平提高和汽车工业发展的重要标志[1]。就世界上汽车空调技术发展的历史来看，其发展速度也是惊人的。虽然在1927年就诞生了较简单的汽车空调装置，但是它只包括一台加热器、一套通风系统和一台空气过滤器，只承担冬季向乘员供暖和为挡风玻璃除霜的任务。直到1940年，由美国Packard公司生产出第一台装有制冷机的轿车，这还是用房间空调器装到车上的尝试。1954年才真正将第一台冷暖一体化整体式设备安装在美国Nash牌小汽车上。1960年，有冷气装置的汽车空调在美日等国普及。1964年，在Cadillac轿车中出现了第一台自动控温的汽车空调。1979年，美国和日本共同推出了用微机控制的空调系统，实现了数字显示和最佳控制，标志着汽车空调已进入生产第四代产品的阶段。到1980年，美国各种车辆的车用空调安装率平均达到70%；日本车用空调的安装率是：中型车100%、小型车达90%、大型车超过60%。据1985年的统计，美国汽车空调装置年产量达1300万套，车用空调压缩机年产量达1034万台，轿车空调安装率达87.1%；日本汽车空调装置年产量达630万套，车用空调压缩机产量达894万台，轿车安装率接近美国水平。汽车空调技术发展至今，其功能已日趋完善，能对车室进行制冷、采暖、通风换气、除霜（雾）、空气净化等。我国汽车空调产业发展速度虽然较快，1994年也已在桑塔纳轿车新车型上开始试安装采用R134a制冷剂的车用空调器，但是，目前国内车用空调系统生产基本上仍是处于引进技术与开发、研究并举的阶段。有专家估计，我国汽车空