汽车空调冷却风扇选型分析.docx

汽车空调冷却风扇选型分析周定华 刘志勇（奇瑞汽车有限公司 安徽芜湖 241009）［摘 要］ 冷却风扇不仅为发动机冷却系统提供足够的冷却风量，将发动机水箱内高温的冷却液冷却，同 时，还为空调系统提供风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝成中温高压液态制冷剂基于某型号 轿车，通过CFD分析冷凝器处风量分布及整车状态下空调性能试验来选择合适风扇，以满足汽车空调系统 要求［关键词］ 冷却风扇 空调系统 风量THE EFFECT OF COOLING FAN TO AIRCONDITIONING（Zhou Dinghua ,Liu Zhiyong）（Chery Automotive Co.,LTD Wuhu Anhui 241009）［Abstract］ Cooling fan not noly provide cooling system of engine with enough supply air ,in order to cool down the high-temperatur cooling liquid flowing through water tank,but also provide air conditioning system with cooling air,which cool down the refrigerant through the condenser, changed from high-temperatur and high pressue gas state into mid-temperatur and high pressure liquid state. Based on a type of passenger vehicle,cooling fan was choosed by combining air flow distribution through condenser by CFD analysis with air conditioning performance test in the vehicle state,to meet the need of automotive air conditioning system.［Keywords］ Cooling Fan Air Conditioning system Quantity of Air Flow1 前言 近年来，汽车行业对热管理方面的研究越来越多［1］。

其中冷却风扇是热管理系统中一个 十分重要的零部件选择合适的冷却风扇，对冷却系统和空调系统意义十分重要冷却风扇 主要作用有以下三点：（1） 提供足够的通风量，冷却水箱中的发动机冷却液体，让发动机在正常水温下工作2） 为空调系统的冷凝器提供足够的通风量，将冷凝器内的高温高压气态制冷剂冷凝 成中温高压液态制冷剂3） 为发动机舱提供合适温度场，使发动机舱内各零部件在正常工作温度环境下工作， 保证各零部件不因为工作环境温度而工作异常或失效冷却风扇总成设计的原则是在满足整车热管理系统能力的前提下，提高风扇效率，降低 风扇噪声冷却风扇功率过小或过大，通风量过小或过大，都是不可取的作为空调系统， 对冷却风扇的具体要求，是在满足空调系统性能要求的前提下，尽可能选择低功率风扇总成2 模拟分析 针对空调系统环境模拟试验的工况，结合某型号轿车的前舱冷凝器冷却水箱、风扇以 及周边零部件布置情况，使用 CFD 分析方法［2］，得出各种工况下，前舱模块处的空气流场 布置［3］，尤其是得出通过冷凝器的风速，验证冷凝器的热交换能力图1显示某型号轿车在40km/h工况下前舱冷凝器处风速分布情况图2显示某型号轿 车在90km/h工况下前舱冷凝器处风速分布情况。

其中横坐标为冷凝器的长度，纵坐标为在 冷凝器高度方向分布的风速，坐标点为从车头向车尾正视方向冷凝器的左下角长度l/m也纭风图 1 40km/h 工况冷凝器处风速分布长度l/m图2 90km/h工况冷凝器处风速分布如表 1 所示，给出在一定冷凝器进风温度、进口压力下，制冷系统在一定过热度、过冷 度条件下（过热度5°C,过冷度10°C）,冷凝器的热交换能力其中工况一、二、三表示冷 凝器的迎风风速分别为 3m/s、4.5m/s、9m/s表 1 冷凝器热交换性能工况一工况二工况三热交换能力7.110.811.5(KW)从表 1 中我们可以得出，当风速较低时，冷凝器热交换性能受风速影响程度大，当风速 达到一定数值时，风速对冷凝器热交换性能的影响越来越小结合图 1、图 2 及表 1，我们可以得出，在 40km/h 及以上工况，冷凝器处风速分布能 够使冷凝器热交换处于良好状态3 试验测试分析冷却风扇对空调系统冷凝器散热能力影响包括以下几个因数［4：］ 其一，冷却风扇功率（在 冷却风扇效率一定条件下），也就是冷却风扇的通风量；其二，冷却风扇的扇叶大小；其三， 冷却风扇相对水箱、冷凝器布置位置其中第二、三点对冷凝器的有效通风量、通风面积的 影响，这一点在实际工程设计时十分重要。

在本试验是在第二、三点的条件不变前提下，来考察冷却风扇功率对空调系统降温性能 影响空调系统降温性能试验严格按照企业标准执行，包括以下三个工况：（1）工况一，怠 速工况；（2）工况二，40km/h工况，即在一定发动机转速及传动档位下，模拟平坦道路工 况，保证整车以40km/h的稳定速度行驶；（3）工况三，90km/h工况，即在一定发动机转速 及传动档位下，模拟平坦道路工况，保证整车以90km/h的稳定速度行驶；试验过程中，选择三种不同功率的风扇，其中主风扇是指用于冷却系统的风扇，副风扇 用于空调系统的风扇当制冷系统工组时，启动副风扇三种组合如下：（ 1 ）风扇 1 ，功率为 150 瓦；（ 2 ）风扇2 ，在风扇1的基础上，改变主风扇，风扇总功率提升至240瓦； （3）风扇3，在风扇1的基础上，改变主风扇及副风扇，风扇总功率提升至360瓦；表2、3、4分别是怠速工况、40km/h工况、90km/h工况条件下，三种不同功率风扇的降 温数据对比表表2 怠速工况时三种风扇的降温数据对比温度T/°C风扇1风扇2风扇3左出风口温度12.113.311.9左中出风口温度11.2均温12.312.1均温13.411.2均温 12.4右中出风口温度11.412.311.4右出风口温度14.515.915驾驶员头部温度27.627.827.7副驾驶员头部温度31.835.933.3后排左头部温度32.2均温33.6均温31.6均温后排中头部温度29.630.4831.532.0830.130.5后排右头部温度31.231.629.8表 3 40km/h 工况时三种风扇的降温数据对比温度T/°C风扇1风扇2风扇3左出风口温度8.08.46.9左中出风口温度7.2均温 8.277.4均温 8.556.1均温 7.2右中出风口温度7.37.36.0右出风口温度10.611.19.8驾驶员头部温度23.225.724.1副驾驶员头部温度27.827.525.2后排左头部温度26.5均温 25.626.6均温 26.225.5均温 24.4后排中头部温度25.025.723.9后排右头部温度25.825.623.1表 4 90km/h 工况时三种风扇的降温数据对比温度T/C风扇1风扇2风扇3左出风口温度9.17.56.5左中出风口温度8.7均温 9.756.96.0均温 7.1右中出风口温度9.17.0均温 8.076.1右出风口温度12.110.99.8驾驶员头部温度21.722.421.9副驾驶员头部温度28均温28.3均温23.2均温 23.0后排左头部温度2725.0826.225.8625.0后排中头部温度23.425.922.9后排右头部温度25.326.521.9从以上表格试验数据分析，可以得出以下比较：(1) 怠速工况、40km/h工况及90km/h工况下，比较风扇1和风扇2对空调系统制冷 效果的影响:在怠速工况、40km/h工况下，风扇2的效果比状态一风扇还要差一点;在90km/h 工况下，风扇 2 的效果与状态一风扇的效果相当。

但是风扇 2 的功率远大于状态一风扇的功 率2) 在怠速工况下，比较风扇 1 和风扇 3 对空调系统制冷效果的影响:出风口的平均 温度和室内的平均温度均相当3) 在40km/h工况及90km/h工况下，比较风扇1和风扇3对空调系统制冷效果的影 响：风扇3的效果稍好于风扇1；但是风扇3功率为360W远远大于风扇1功率表5 是风扇性能数据的对比，列举出不同型号风扇的功率、风量及噪声值图 3 给出了 三种不同风扇的效率曲线表 5 风扇性能数据对比表风扇型号功率 P/W风量Q/m3/h(△P=80Pa)噪声/dB备注风扇1150三 1800<70噪声测试时带水风扇 2240三 2750<75箱及冷凝器风扇3360三 3500<78图 3 三种风扇的效率曲线 在一定前端模块的布置结构情况下，虽然风扇 2 的功率及风量都比风扇 1 大；但是装配 风扇 2 的空调系统效果比装配风扇1 的效果还稍差，可以推断是气流回流，导致冷凝器热交 换性能变差⑸，进而降低空调系统效果由图3可知，风扇1在2000 m3/h左右的效率最高 结合表2、3、4及5综合分析，我们可以得出，选择风扇1 是最适合某型号轿车空调系统。

4 小结(1) 空调系统设计时一定要考虑冷却风扇对空调系统冷凝器热交换性能影响规律2) 冷却风扇效率及噪声是风扇设计时两个重要指标，风扇设计原则是在满足整车热 管理系统能力的前提下，风扇的风量能够满足空调系统冷凝器的热交换需要，尽可能提高风 扇效率，降低风扇噪声3) 不是风扇功率越大，对空调系统效果就越好当风扇功率达到一定，能够提供足 够的风量，保证冷凝器的热交换量时，此时再增加风扇功率，空调系统效果与之不成正比 在一定前端模块的布置结构情况下，有可能导致气流回流，导致冷凝器热交换性能变差，进 而降低空调系统效果参考文献(1) 报纸：［1］ 丁志辉．宇通发动机热管理系统为客户创造效益．汽车周报， 2007-12-21(A4)(2) 期刊：［2］张建立等.CFD在汽车空气动力学研究中的应用•沈阳大学学报，2006, 18(4) : 15-18(3) 期刊： ［3］ 邓启红等．多重网格方法在通风空调气流数值模拟中的应用．应用基础与工程科学学报 1998， 6(4) ：48-53(4) 专著：［4］阙雄才等•汽车空调使用技术•机械工业出版社，20。