Организация движения воздуха внутри автомобиля является вынужденной мерой. Поток воздуха необходим для обеспечения охлаждения двигателя, вентиляции салона, охлаждения тормозов или других элементов. В принципе можно организовать воздушный поток для этих целей принудительно, например, с помощью вентилятора, но при этом затраты мощности могут быть выше или это может сопровождаться повышенным шумом и т. п. Наибольшее количество воздуха, протекающего внутри автомобиля, используется для системы охлаждения двигателя автомобиля.
Одним из эффективных направлений расчетного анализа аэродинамики моторного отсека двигателя легкового автомобиля является конечно-элементный анализ конструкции с использованием программного комплекса STAR-CD.
В качестве примера решения подобной задачи можно привести результаты численного анализа системы отопления и вентиляции автомобилей семейства "ИЖ". При проектировании отопителя автомобилей семейства "ИЖ" решалась задача внутренней аэродинамики для повышения эффективности его работы. Эта информация необходима проектировщикам для внесения изменений в конструкцию отопителя.
Корпус системы отопления и вентиляции автомобилей "ИЖ" (рис. 1) представляет собой сложное изделие, состоящее из нескольких деталей (корпус отопителя; центральный, левый и правый боковые воздуховоды; воздуховоды, обдувающие задние сиденья; левый, правый и центральные дефлекторы).
Для постановки задачи приняты следующие допущения: течение в отопителе установившееся и однофазное; в модели нет вращающихся механических частей, например, лопастей вентилятора; теплообмен отсутствует; внешние границы расчетной области непроницаемы (нет утечек через уплотнения), кроме входных и выходных отверстий.
Поток воздуха на входе отопителя создается при помощи турбинного нагнетателя. Затем поток разделяется и через выходные отверстия поступает в салон автомобиля (рис. 2). Нагнетатель работает в трех скоростных режимах.
Рис. 1. Конечно-элементная модель внутреннего пространства системы отопления и вентиляции
Рис. 2. Схема распределения потока воздуха в отопителе
Нагнетатель работает в трех скоростных режимах. Исходя из технических характеристик нагнетателя количество подаваемого воздуха в каждом режиме постоянно и равняется: на первом режиме - 200 м3/ч, на втором режиме - 300 м3/ч, на третьем режиме - 365 м3/ч.
На зонах выхода воздушного потока из соображений общей неразрывности (сплошности) течения задано условие равенства масс воздуха на входе и выходе системы отопления и вентиляции автомобиля и мягкие граничные условия.
Анализ результатов расчета, выполненных с помощью программного комплекса STAR-CD, позволил сделать следующие выводы:
- В нижней части отопителя возникают циркуляционные зоны, приводящие к застаиванию воздушного потока. Расположение выходных диффузоров не создает достаточную вентиляцию пространства в зоне ног водителя, хотя обеспечивает необходимую скорость на выходе.
- При данной схеме расположения радиатора перед ним возникает застойная зона, что приводит к ухудшению процессов теплообмена и неравномерности потока после радиатора. Рекомендуется изменить расположение радиатора (вертикальное на горизонтальное), что позволит выиграть в пространстве для размещения испарителя, избавиться от застойной зоны перед радиатором и более равномерно распределить воздушный поток после радиатора.
- Профили скоростей на щелевых насадках воздуховодов, направленных на обдув ветрового стекла, имеют ярко выраженную неравномерность. Для обеспечения равномерности распределения потока воздуха через плоские (щелевые) насадки и повышения эффективности обдува ветрового стекла необходимо изменить конструкцию центрального воздуховода системы отопления.
Работа представлена на заочную электронную конференцию «Автомобиле- и тракторостроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства», 15-20 июня 2008 г. Получена в редакцию 02.03.09г.