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　　1 前言
　　
　　節能環保是現代汽車發展的一大要求和目標，從最近幾年的研究來看，主要有三種思路來改善汽車的節能環保性能。一是選用更加清潔環保**的新能源；二是提高原有發動機對燃油的利用率；三是提高對發動機動力的利用率，如減小汽車的空氣阻力，提高發電機、空調等設備的工作效率�？照{作為乘用車和商用車的必須品，其工作效率對燃油經濟性有很大的影響。在滿足乘員熱舒適性的基礎上，提高空調工作效率是節能減排的需要。同時，新能源汽車也需要更**.率的空調來匹配。孫斌、林克衛等從空調的驅動方式方面改善了空調工作效率，利用風能或太陽能給蓄電池供電來輔助發動機為空調提供動力。盧祖秉、楊娟等通過分析空調回風口的布置和送風口角度、溫度及速度對車室內流場的影響，改變氣流流動狀況，提高了制冷氣流的利用率。此外，Ashok Patidar等在對汽車空調的綜合研究中提到，空調出風口處氣流均勻性對空調的冷卻性能和乘客舒適性能的優化也很重要。
　　
　　本文通過數值計算的方式，模擬了不同速度均勻性的氣流對車室的冷卻過程，對比了它們的冷卻時間、流場組織情況和溫度分布情況。目的在于分析它們對車室流場的不同影響，從而探討其影響冷卻性能和熱舒適性的原因。
　　
　　2 物理模型及網格
　　
　　本文建立了長寬高：3003mm×1612mm×1161mm的汽車車室模型（如圖1所示）。在模型上忽略了發動機艙和后背箱，不考慮車門縫隙造成的泄露。在儀表臺上設置了三個空調出風口，下面設置了兩個回風口。計算流體力學對網格的要求很高，網格質量對計算精度和收斂速度都有影響。本次模擬采用適應性較好的四面體非結構化網格，并對人體和出、入風口的網格進行了加密（如圖2所示）。
　　
　　3 湍流模型及輻射模型
　　
　　車室內流場中空氣流速較慢，速度**的空調出風口處，平均速度為3/（m·s-1）。但是其雷諾數超過了臨界雷諾數，視為湍流流動。氣流的密度變化不大，視為不可壓縮流動。流場溫度變化會引起密度變化而產生的自然對流情況，采用Fluent軟件中的Boussinesq模型模擬，該模型認定在所有求解器方程中，只有在動量方程的浮力項中，密度才隨溫度變化。本次模擬選用Realizable湍流模型。該模型適用范圍廣，在對圓口射流和平板射流的模擬中，能給出較好的射流擴張角，符合本次模擬的需求。
　　
　　考慮太陽輻射對車室熱環境的影響。選用DO Irradiation太陽載荷模型，用太陽計算器得出重慶地區的太陽入射光方向和輻照度，大氣透過率0.8，輻射強度加散射強度總共866.2/（W·m-2）。
　　
　　4 邊界條件
　　
　　本次模擬設置了兩種不同均勻性系數的氣流出口，其速度云圖如圖3所示。兩種出口的邊界條件都是速度入口，送風溫度都為17/℃。（a）圖為0.87，出口速度為3/（m·s-1）（由于考慮了氣體粘性，近壁面處產生了邊界層，存在速度梯度，所以不是**的均勻）。（b）圖為0.67，由于空調導管橫截面積的變化和邊界層的擴張等因素，導致出口截面速度分布不均勻，其中間速度大，四周速度小。兩種出口的平均流量相同，都為0.014/（kg·s-1）。
　　
　　車身和玻璃為熱對流邊界，其中玻璃設為半透明壁面，散射分數0.5。環境溫度為35/℃。人體設為第二熱邊界條件，熱流量為58/（W·m-2）。
　
　　
　　5 模擬結果與分析討論
　　
　　5.1冷卻時間的對比
　　
　　冷卻時間能直接反應出兩種均勻性氣流的冷卻效果。圖4是車室內溫度隨時間的變化情況示意圖。整個降溫過程為20分鐘，車室內初始環境溫度為50℃。
　　
　　5.2射流范圍對比分析
　　
　　射流是指流體從各種形式的孔口或噴嘴射入同一種或另一種流體的流動現象。汽車空調出口氣流是典型的射流現象。本次模擬的出口射流屬于矩形出口淹沒紊動射流。流體從孔口射出后，會把原來環境中靜止狀態的氣流吸卷到射流中，隨著射流的前行，被卷吸進射流的氣體越來越多，射流邊界也不斷擴張，形成倒錐形。同時，由于射流邊界與周圍氣體的摻混形成紊動，速度逐漸減小，并向射流中心蔓延，直至中心速度消失。
　　
　　5.2.1中間出口射流分析
　　
　　5.2.2中間出口射流中心溫度變化分析
　　
　　速度衰減的過程也是熱量傳遞的過程。圖7表示的是中間出風口射流中心線上的溫度變化情況。由圖可知，值為0.87的射流溫度上升的慢，表面與外界熱空氣的熱交換率較慢，但是其射程長，波及范圍更廣，相對較低的溫度對整個車室的冷卻更有利。值為0.67的射流溫度上升的較快，正如前面分析的，這是因為其射流邊界與外界熱空氣形成的紊動，快速的波及到了射流中心，使得射流與熱空氣混合更充分，熱傳遞更快速的進行。但是其波及范圍較為有限，冷卻效果只在小范圍內較好。值得注意的是，在0.6/m處和0.7/m處，兩種射流的中心溫度都明顯的上揚，與速度矢量圖對比發現，該轉折點既為射流從擴張到收縮的轉折點。

　　5.2.3兩側出口射流分析
　　
　　兩側出風口的出流屬于受迫淹沒射流。由于有車門和車窗的限制，射流射出后不是對稱的，而是呈半橄欖狀。因其只有一面卷吸周圍氣體，故衰減較慢，射程也較長。但是因其規律不變，可視為完整射流的一半。圖8是垂直于出口平面的橫截面溫度云圖。
　　
　　5.3流跡圖對比
　　
　　圖9是車室內的氣流流跡圖，表明了氣流的流動情況。從圖中對比可以看出，在后排乘客的前部，值為0.67的射流形成了較強的渦流。渦流是不利于能量交換的。一般在空調房間氣流組織的設計中，都會減少渦量或者使工作區避開渦流區。在汽車車室內也如此。而從圖9對比可知，提高空調出口氣流均勻性是減少渦量的一種**方法。
　　
　　5.4乘客熱舒適性評價
　　
　　圖10給出了人體熱舒適的溫度范圍。在降溫20分鐘時，取后排右邊的乘客為對象，測量了在兩種均勻性冷卻氣流的冷卻下，其各個部位的溫度。
　　
　　
　　總結
　　
　　基于對數值模擬結果的比較分析，本文得到以下結論：
　　
　�。�1）速度均勻性差的冷卻氣流，與外界熱氣體吸卷摻混稍快，致使熱量交換快，但是射流長度短，波及范圍小，對整個車室的降溫時間長于均勻性好的冷卻氣流。
　　
　�。�2）均勻性好的冷卻氣流影響范圍廣，能形成比較均勻的溫度分布和較小的渦流，對改善后排乘客的熱舒適性更有利。
　　
　　所以，出于對提高空調的工作效率、能源利用率和乘客熱舒適性的考慮，在進行空調設計時，除了空調口的風速、角度和安裝位置外，冷卻氣流的速度均勻性是優化空調工作效率的重要方面。

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