汽车风道设计

3. I 汽车风道通用设计规范

. 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～11m/s ，新风入口处风速5～6m/s ，主风道风速～8m/s ，支风道风速4～s ，过滤器风速1～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，并防止低温风道表面结露。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；

. 风道中的压力损失

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部分组成。

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p m （又称比摩阻）的计算式如下：

2

412ρυλs m R p = 式中：λ——摩擦阻力系数；

ν——风道内空气的平均速度（m/s ）；

R S ——风道的水力半径（m ）；

R S ＝A/P ；

A ——风道的过流横截面面积（m 2）；

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。若空气流动呈层流状态时（Re<2300），λ值与管壁表面粗糙度无关，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

25.0e R 0.3164

≈λ

⑵当层流边界层只是覆盖住管壁一部分凸起高度，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只与管壁表面粗糙度有关而与Re 无关。

但是对于大部分风道而言，空气的流动处在紊流过渡区，λ值既与Re 有关，又与管壁表面粗糙度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所示的低速风道送风范围内： 表 低速风道推荐风速

风道摩擦阻力系数λ和单位长度的沿程压力损失p m 也可采用如下的简化计算式计算：

①风道材料为薄钢板，风道内壁表面各凸出部分的平均高度为时，

0.210.0750.0175D λυ--=； 2

1.21 1.925

0.01052m p D D λρυυ-==

D ——圆形风道内径或风道当量直径（m ）；

适用范围：≤D ≤2m ； 3 m/s ≤ν≤20m/s ；

②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1mm 时，

0.190.1670.0188D λυ--=； 2

1.19 1.833

0.01132m p D D λρυυ-==

D ——圆形风道内径或风道当量直径（m ）；

适用范围：≤D ≤2m ； 5 m/s ≤ν≤30m/s ；

要降低风道沿程压力损失，就要求风道内表面光滑平整，以降低风道表面的绝对粗糙度，从而减小摩擦阻力。

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。

不论哪类局部构件，其所引起的局部阻力损失

j p ?均可根据下式计算：

2

2j p ρνξ?= ξ——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 避免风道截面突变

风道截面突然扩大，会使部分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）。

图 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，若增设导流板，风阻可明显减小（如图）。在紧靠弯头的后面气流还未稳定（如图），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 风道弯头

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。则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）

图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～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）。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）。

图风道与风机连接方式优劣对比

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的部分才是出口局部阻力损失，等于1的部分是出口动压损失。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，ζ<）。

图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分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），因此，选择风道进口形式非常重要。

图风道进风口的阻力系数

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，与车厢内装饰更为协调（如图）。

图风道截面形状

在确定了风道的基本形状后，根据空调设备的出风量和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。对于矩形断面的风道，当风道截面一定时，应尽量减小长宽比，以减小风道的阻力。