導風板形狀對進風量的影響趨勢

殷農民,王森,田文毅

(浙江眾泰汽車制造有限公司杭州分公司汽車工程研究院，浙江杭州 310018)

0 引言

汽車冷卻模塊性能的影響因素很多，造型、布置、冷卻模塊部件本身的性能都會直接影響冷卻模塊的性能。而密封和引流導風作為后期優化和提升的方案已被主流主機廠采用。在冷卻模塊前端安裝導風板是最簡易可行的方案。怠速和低速行駛時，導風板主要起到密封、阻擋熱回流的作用。中速行駛時導風板引流的作用非常明顯，對冷卻模塊性能影響非常大。而高速行駛時，由于相對運動原理，冷卻模塊前的進風速度極快，冷卻進風量明顯增大，此時導風封板的作用相對減弱。60 km/h爬坡工況是國內主流廠家公認的嚴苛工況，因此選取60 km/h行駛工況，對不同形狀導風板產生的進風量和流場變化進行分析和對比，找出影響趨勢。

1 邊界條件

1.1 相關邊界信息

此次分析在某在研車型上開展。在安裝導風板的位置，冷卻模塊距離進風格柵100 mm，選取60 km/h行駛工況。相關零部件的邊界尺寸見表1。

表1 相關零部件的邊界尺寸 mm

為了減少影響進風量的變量，采用理想狀態進行分析，即忽略進風格柵風阻、忽略冷卻模塊風阻、忽略冷卻模塊后排風阻力。

1.2 導風板方案

由于導風板形狀的方案多，為簡化描述，導風板方案是以線條形式的局部放大簡圖來表述導風板斷面形狀。放大圖選取位置見圖1。圖中A為導風板與冷卻模塊夾角。

圖1 導風板斷面簡圖選取位置

對于最常見的直板形導風板，為確定設計角度對風量的影響趨勢，從0°到90°之間，每隔15°變化分析一次進風量和流場變化。7種角度的直板形導風板方案示意圖見圖2。

圖2 直板形導風板方案

從示意圖可以明顯地看到：導風板與冷卻模塊的設計夾角A取值變化時，導風板入口位置形成的棱邊尖銳程度呈現先正向減小、后反向增加的變化趨勢；導風板出口位置的棱邊尖銳程度始終呈現增加的趨勢。尖銳的棱邊會擾亂氣流，形成漩渦或亂流影響進風量，因此可以初步判斷，進風量會呈現類似拋物線的變化趨勢。

2 趨勢分析

利用7種設計角度的導風板引起的進風量數據生成趨勢曲線，曲線呈現近似拋物線趨勢。隨著角度的逐漸變化，導風板出口位置風量先增大后減小。從直板形導風板風量變化趨勢曲線(圖3)可以看出：約25°夾角時風量出現最大值。

圖3 直板形導風板風量變化趨勢曲線

從流場圖也很容易看出：在角A較小或較大時，在導風板入口或出口位置都會產生風速低于1 m/s的漩渦區域，進而影響到冷卻風量。7種直板形導風板流場圖見表2。

表2 7種直板形導風板流場

在不同車速下，變化趨勢曲線最大值對應的橫坐標會出現一定的變化。車速較低時，導風板主要作用是阻擋熱回流，棱邊對低速氣流的擾動影響較小。車輛高速行駛時，導風板出口位置風量將明顯增加，體現在變化趨勢曲線上就是：最大值位置在橫坐標出現偏移的同時，變化趨勢曲線將整體向縱坐標正方向偏移。25°位置對應的風量雖然不是最大值，但風量也會增加。因此對于直板形導風板，建議選取15°

3 優化方向探討

為了進一步優化直板形導風板，以30°直板形導風板為基礎，進行“凸”形和“凹”形的變形，形成異形導風板。并以30°直板形導風板的風量結果為基礎對異形導風板的進風量進行比較，探討優化方向。“凸”形導風板方案和“凹”形導風板方案見表3。

表3 “凸”形導風板方案和“凹”形導風板方案

“凸”形導風板：

Ⅰ型：導風板采用分段形式，減小入口位置棱邊尖銳程度；

Ⅱ型：導風板采用圓弧過渡，進一步減小入口位置棱邊尖銳程度；

Ⅲ型：導風板采用整體相切圓弧，同時消除入口、出口位置的棱邊。

“凹”形導風板：

Ⅳ型：導風板呈階梯狀內凹，導風板尖銳棱邊變多；

Ⅴ型：導風板采用內凹型圓弧，入口位置出口位置棱邊尖銳。

以30°直板形導風板的風量為基礎，利用柱狀圖對5種變形導風板方案的風量進行比較，見圖4。

圖4 5種變形導風板方案的風量對比

Ⅳ型、Ⅴ型導風板風量明顯降低，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型導風板風量依次逐漸增加。風量變化出現同直板形導風封板類似的趨勢：棱邊越尖銳風量越小，隨著棱邊尖銳程度的緩和直到消失，風量逐漸增大。通過表3中的異形導風板的流場圖，亦可以明顯地看到棱邊形成的低速漩渦區域。

4 結論

通過直板形導風板的角度變化及變形方案的風量變化趨勢、流場圖可以看到，導風板棱邊的銳利程度直接影響風量的變化。在導風板設計時可參照圖5，在空間結構允許的條件下應盡量滿足：

(1)避免采用表面急劇變化或凹陷的導風板；

(2)直板形導風板建議采用15°

(3)結構允許時采用分段或圓弧等形式緩解導風板入口、出口位置棱邊的尖銳程度。

圖5 導風板建議方案