谭寿干
常州市柳工常州机械有限公司 江苏省常州市 213000
【摘要】利用CFD软件，对驾驶室内各出风口风速、压力进行分析，指出原先结构的不合理之处，并提出相对应改进措施。通过做样对比测试，改进后的驾驶室各出风口总出风量有明显提升，提高了驾驶室内空调制冷效率，提高了驾驶室舒适度，同时也为后期风道开发设计提供了参考。
关键词：风道结构 舒适度
随着挖掘机的使用客户不断年轻化，其对驾驶室舒适性要求也越来越高。挖掘机厂家也随之从产品可靠性、工作效率及安全性等传统技术指标的关注，逐渐扩展到对驾驶室舒适性等新型技术指标。本文讲述的空调制冷性能是驾驶室舒适性评价的重要指标之一。
我公司现有一款6吨挖掘机，经常收到客户投诉，反馈该款机型空调出风量小，降温速度慢。该文通过实车测试空调总出风量、CFD分析风道流场、优化改进风道结构及CFD对比分析，最后做样装机对比测试，快速、有效地提高空调制冷性能。
一、现有结构风量测试
已知现有配套空调单元HVAC台架测试出风量为600m3/h，通过风道将HVAC与驾驶室出风口连接，风道对接处采用海绵密封，防止漏风，如图一所示。
图1 挖掘机驾驶室风道及风口布置
将HVAC风量调至高速档，测试各出风口风速，测试结果见表1。根据测试结果分析，HVAC出风量600m3/h，通过风道损失后，各出风口总出风量为346.7m3/h，损失约42.2%，损失占比较大，严重制约着空调制冷效率及性能发挥。
表1 现有风道结构出风量测试
二、对现有风道结构CFD分析及改进措施
1）对现有风道结构进行CFD分析
风道采用五层边界层，网格尺寸为10mm，采用速度入口，v=5.874m/s，压力出口，P=0Pa，图2为风道网格模型，图3为风道速度云图，图4为风道压力云图。
图2 风道网格模型
从图3、图4可以看出，在送往前出风的风道拐角处存在风速突变现象，一般来讲，风道局部的阻力损失与速度的平方成正比。该风道在拐角处结构设计不合理，导致风速突然增大，使得风道局部阻力损失加大，从而影响了空调的总出风量。
2）风道结构改进及分析
根据上述分析，我们得知风道在拐角处设计不合理。对风道拐角拐点尺寸延长，同时加大拐角处风道截面积，与原风道结构进行对比分析。网格模型尺寸、边界条件一致，图5为风道改进前后速度云图和压力云图对比，表2为CFD对比分析数据。
结论：改进后风道拐角处风速明显降低，风阻降低30%，提升效果非常显著。
表2 改进前后风道CFD数据对比
三、改进后风道对比测试
表3 风道改进前后风量测试数据
为了保证测试条件的一致性，在上述测试的主机上进行改进后风道更换，由同一个人持相同设备进行测试。表3为风道改进前后风量测试数据对比。
风道改进后，总出风量由346.7m3/h提升至453.2m3/h，提高了约30.7%，虽然各出风口风速有一定差异，但是整体结果与仿真分析数据基本相符，后期可通过不断修正网格模型及参数，使分析值与实测值尽量贴合。
表3 风道改进前后风量测试数据
四、结束语
本文通过实车测试空调总出风量、CFD分析风道流场、优化改进风道结构及CFD对比分析，最后做样装机对比测试，快速、有效地提高空调制冷性能，提高了驾驶室舒适性，大大缩短了产品开发周期，为后续的产品设计提供了参考思路。
参考文献
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