出風口的結構設計

2022-03-09 11:31:41 字數 3865 閱讀 5295

空調出風口作為空調的輸出的終端,應具備風量與風向的調節作用。通過調節出風口,應當能夠滿足整車的空氣迴圈與製冷控制要求,並能夠滿足乘客的各種舒適性要求,從某種方面來講,出風口的設計並非單獨從屬於內飾設計,而是應當在整車系統中考慮的。

從乘客的需求來說,每個人對於製冷制熱的需求各有不同,有些人希望冷(熱)風直接吹向身體,有些人希望風不要直接吹向人,而是通過改變整車溫度,使自己達到乙個舒適的狀態,因此風向的調節範圍,應當是能夠覆蓋人體,並能夠達到人體外側的空間,以滿足不同人群的需求。一般來說,儀表板會布置4個出風口,靠近駕駛員側的兩個出風口用於滿足駕駛員的需求,另一側的兩個滿足副駕駛員的需求。四個出風口的吹風範圍均應覆蓋其所服務的物件。

出風口的布置,應當注意避免被其他零件阻擋,主要是儀表罩,方向盤的影響,同時也應當注意避免直吹駕駛員的手部,造成手部的不適影響駕駛。

關於這一部分內容,基本採用了偉世通的設計要求和觀點,通用對於吹風的要求與偉世通在個別地方是有區別的,我會加以說明。至於相關的設計要求是由於亞歐美市場客戶需求不同還是歐標,美標等的標準不同而產生的,我目前沒有得到相關資訊也未作相應的研究,待獲取相關資訊並研究後,會對後文重新整理,當前還是以偉世通的要求為主進行說明。

對於出風口氣流的縱向調節範圍要求,請見圖1-1

圖 1-1 側檢視,氣流的縱向調節

如標記,,做分析的時候,h點位置應當取座椅最前置狀態下的位置,因為在座椅前置時,出風口相對於人體的吹風範圍是最小的,只有滿足了前置座椅的要求,才可以同時滿足其他狀態下的要求。眼橢圓取99%的,這個與h點的要求原因是一樣的,是為了使吹風的覆蓋範圍能夠滿足各種假人狀態。

中間出風口和側出風口向上的最小吹風範圍是相同的,都是要求能夠吹向與眼橢圓上沿相切的切線(如標記),需要說明的是,這個僅僅是最小要求,事實上為了滿足出風口能夠吹向不直對人體位置的要求,推薦這個方向再向上轉動5度。日產的要求和偉世通還有所不同(如標記),是要求其方向遠離眼橢圓150mm。事實上這兩個數值反應的客戶需求都是相同的,即讓風能夠吹到不正對人體的方向。

中間出風口和側出風口向下的吹風範圍要求有所不同。如標記所示,中間出風口向下應當吹到h點向上200mm的點位。如標記4所示,側出風口向下應當吹到h點。

之所以有不同,我的理解是中間區域由於需要布置的零件比較多,出風口能夠擺放的位置範圍是很小的,由於a面的形狀及周邊零件的影響,在很多情況下出風口向下的吹風角度是無法吹到h點的,因此放寬到向上200的位置。事實上在我們很多以前的車型中,都是難以滿足向下吹到h點甚至200mm位置的,在吹風範圍的縱向調節方面,我們需要優先考慮向上的吹風角度必須滿足,向下如果無法滿足,需要增加輔助出風口。

如標記所示,他表示的是出風口處於最大吹風量時的角度(即葉片與出風口殼體及風管導風段平行時的吹風角度),偉世通要求這個方向應當指向上下最小吹風範圍的中點。

(如圖1-2)通用體系對於上下的吹風範圍要求是有所不同的,他的要求是從出風口做乙個22度的錐形,出風口向上至少能夠使錐形高於95%的乘員肩膀,向下要求能夠達到第95百分位乘員的大腿前部。如果向上完全旋轉的位置與向下完全旋轉的位置之間夾角過大,出風口必須滿足上述第乙個要求,同時必須增加乙個大腿製冷裝置(補充出風口)以實現第二點要求。

圖 1-2 側檢視, 氣流方向的最小上下調節(通用)

對於出風口氣流的橫向調節範圍請見圖1-3。

圖 1-3 正檢視, 左右方向的氣流調節

與風向的上下調節範圍校核輸入條件相同,同樣需要採用99%眼橢圓與前置座椅的h點位置。

出風口對於氣流的橫向調節範圍與縱向是類似的,其最小吹風角度範圍同樣需要覆蓋人體的左右方向。

側出風口要求向外側能夠吹到人體外的部分(圖中所示的450mm是偉世通給出的建議,事實上根據不同的車型,這樣乙個要求是不適應的,較寬和較窄的車型向外的吹風角度會完全不同,我們需要按照實際情況來考慮,一般來說只要能夠使吹風範圍向外越過假人所在區域,並增加5度以上的餘量即可)如果側出風口兼有側窗除霧要求,請按照實際情況,擴大吹風範圍。

側出風口向內要求能夠吹過眼橢圓的內側。中間出風口向外要求吹過眼橢圓的外側,向內要求吹過整車中線。老的guildline中的左側吹右肩,右側吹左肩的說法事實上與這個要求基本是一致的,都是要求每個吹風口能夠對其吹風物件實現覆蓋,並能夠各自吹到人體以外的區域。

有些車型尤其是車身較寬的重卡,在出風口風向的橫向調節上與一般汽車要求是有所不同的,一般的轎車車寬在1公尺4左右,但是重卡往往要達到2公尺左右,由於造型原因,有些卡車的**出風口仍然布置在靠近車寬中線的位置,導致**出風口如果要按照前面所說的要求,葉片需要旋轉相當大的乙個角度才能夠吹到上述的目標點,而此時風量的損失是非常大的,在這種情況下,我們的設計可以考慮適當放低要求,不再考慮讓**出風口吹過人的眼橢圓。如果有可能的話,在重卡的出風口設計中,我們盡可能要將**出風口的位置向駕駛員(副駕駛員)方向靠攏,讓**出風口的吹風範圍能夠更多的覆蓋人體區域。

關於具體的導風結構及相關要求,會在後文葉片的設計中加以闡述,在本節中將描述兩種實際吹風狀態與我們所作的簡單角度分析情況不符的狀況。

請見下圖1-4,這是乙個出風口設計的例項,該出風口開口較窄,但從葉片角度來看,下層的三個葉片,應當能夠匯出50%以上的風量吹向葉片所指方向,但是事實上經過cae分析,發現葉片導向失效,如圖1-4的右圖,其右側出風口導風葉片向左而實際風向向右。目前為止只發現窄口出風口有此現象,但尚不明確該現象發生的機理,個人懷疑與葉片在腔體內傳出的風向經腔體內壁**引起。擴大出風口尺寸與將後層葉片前移均會改變這種情況。

對於窄口的出風口,需要規避開口處的阻擋,讓出風口殼體盡可能與面板光順連線,盡可能擴大出風面積。控制窄口方向風向的導風葉片,盡可能布置到上層,這樣會更有利於導風。

圖 1-4

柯恩達效應是指沿物體表面的高速氣流在拐角處能附於表面的現象,這種效應如果出現在我們的導風角度範圍內,將使導風失效。如下圖1-5,所示當出風口吹出的風向與拐角處的表面呈較小角度時,即會出現如圖的附壁現象,當角度增大後,如圖1-6,氣流流向正常。

圖1-5圖1-6

科恩達效應一般在51度以下發生,然而這個角度會有一定的波動,一般來說51度以下的角度是絕對不可取的,51-55也有一定的風險,我們盡可能選取55度以上的角度來進行設計。

事實上由於出風口型麵與氣流方向的關係,向上,向左右方向的氣流均不會發生科恩達效應,只有向下的氣流有可能產生,因此當出風口下沿出現與下吹風極限方向呈55度以內夾角的大平面時,我們需要特別關注,建議通過cfd分析判斷實際氣流走向。

如圖1-7所示,我們需要注意的是有效出風面積的計算,不是出風口在a表面的開口大小,而是實際出風方向垂直的平面上做開口處氣流的投影面積(需要刨除上下層葉片及連桿的投影面積)。根據偉世通的要求,大中型車輛的有效出風面積需要達到3870-4516mm2,小型車則需要達到3225-3870mm2,長或寬的尺寸不能小於44.5mm。

對於這樣乙個要求,我認為其是為了與空調自身的出風面積作匹配的,從管道中的流體特性來看,入口面積與出口面積相同的話,流體在管道內的壓力及速度損失都會比較小。根據我們以往的設計經驗,事實上很多車輛由於造型的關係,我們並不能達到這樣乙個尺寸要求,如果不會造成很大的壓力損失,或者造成風速的大幅下降,尺寸方面是可以考慮讓步接受的。當然如果能夠通過cfd分析或實驗,了解一下實際的出風量、風速,是否滿足條件,是最為可靠的。

圖 1-7

在本文1.3.1和1.

3.2中提到了出風口橫向和縱向的調節角度要求,當出風口吹向極限位置時,需要保證其有效出風面積達到最大出風面積的75%。如圖1-13所示,這是偉世通給出的小面積的計算方法。

我個人並不完全同意這種計算方法,按照這種計算方法,則如圖1-8,如果在風道入口處加沿著的幾片導向葉片,則所有的導向葉片匯出的風都會出風口殼體遮擋,有效出風面積為0,這顯然是不正確的。當葉片逐漸向水平方向旋轉後,決定出風量更大程度的是葉片之間的間隙而非葉片匯出風的遮擋量。對於有效出風量還是以cfd的計算為依據比較可靠,個人不建議用這種方法來進行計算。

我們現有的cfd手段是可以根據二維線條來進行簡化計算的,計算結果也是比較可靠的,如果有相應的出風量計算需求,不妨作出一些簡單的斷面,交給cfd進行簡單計算。當然,如果進行了cfd計算,那麼我們的有效出風面積也就沒有必要再進行計算了,直接把cfd的計算結果與出風口的出風實驗要求進行比較即可。

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