导风板形状对进风量的影响趋势

殷农民,王森,田文毅

(浙江众泰汽车制造有限公司杭州分公司汽车工程研究院，浙江杭州 310018)

0 引言

汽车冷却模块性能的影响因素很多，造型、布置、冷却模块部件本身的性能都会直接影响冷却模块的性能。而密封和引流导风作为后期优化和提升的方案已被主流主机厂采用。在冷却模块前端安装导风板是最简易可行的方案。怠速和低速行驶时，导风板主要起到密封、阻挡热回流的作用。中速行驶时导风板引流的作用非常明显，对冷却模块性能影响非常大。而高速行驶时，由于相对运动原理，冷却模块前的进风速度极快，冷却进风量明显增大，此时导风封板的作用相对减弱。60 km/h爬坡工况是国内主流厂家公认的严苛工况，因此选取60 km/h行驶工况，对不同形状导风板产生的进风量和流场变化进行分析和对比，找出影响趋势。

1 边界条件

1.1 相关边界信息

此次分析在某在研车型上开展。在安装导风板的位置，冷却模块距离进风格栅100 mm，选取60 km/h行驶工况。相关零部件的边界尺寸见表1。

表1 相关零部件的边界尺寸 mm

为了减少影响进风量的变量，采用理想状态进行分析，即忽略进风格栅风阻、忽略冷却模块风阻、忽略冷却模块后排风阻力。

1.2 导风板方案

由于导风板形状的方案多，为简化描述，导风板方案是以线条形式的局部放大简图来表述导风板断面形状。放大图选取位置见图1。图中A为导风板与冷却模块夹角。

图1 导风板断面简图选取位置

对于最常见的直板形导风板，为确定设计角度对风量的影响趋势，从0°到90°之间，每隔15°变化分析一次进风量和流场变化。7种角度的直板形导风板方案示意图见图2。

图2 直板形导风板方案

从示意图可以明显地看到：导风板与冷却模块的设计夹角A取值变化时，导风板入口位置形成的棱边尖锐程度呈现先正向减小、后反向增加的变化趋势；导风板出口位置的棱边尖锐程度始终呈现增加的趋势。尖锐的棱边会扰乱气流，形成漩涡或乱流影响进风量，因此可以初步判断，进风量会呈现类似抛物线的变化趋势。

2 趋势分析

利用7种设计角度的导风板引起的进风量数据生成趋势曲线，曲线呈现近似抛物线趋势。随着角度的逐渐变化，导风板出口位置风量先增大后减小。从直板形导风板风量变化趋势曲线(图3)可以看出：约25°夹角时风量出现最大值。

图3 直板形导风板风量变化趋势曲线

从流场图也很容易看出：在角A较小或较大时，在导风板入口或出口位置都会产生风速低于1 m/s的漩涡区域，进而影响到冷却风量。7种直板形导风板流场图见表2。

表2 7种直板形导风板流场

在不同车速下，变化趋势曲线最大值对应的横坐标会出现一定的变化。车速较低时，导风板主要作用是阻挡热回流，棱边对低速气流的扰动影响较小。车辆高速行驶时，导风板出口位置风量将明显增加，体现在变化趋势曲线上就是：最大值位置在横坐标出现偏移的同时，变化趋势曲线将整体向纵坐标正方向偏移。25°位置对应的风量虽然不是最大值，但风量也会增加。因此对于直板形导风板，建议选取15°

3 优化方向探讨

为了进一步优化直板形导风板，以30°直板形导风板为基础，进行“凸”形和“凹”形的变形，形成异形导风板。并以30°直板形导风板的风量结果为基础对异形导风板的进风量进行比较，探讨优化方向。“凸”形导风板方案和“凹”形导风板方案见表3。

表3 “凸”形导风板方案和“凹”形导风板方案

“凸”形导风板：

Ⅰ型：导风板采用分段形式，减小入口位置棱边尖锐程度；

Ⅱ型：导风板采用圆弧过渡，进一步减小入口位置棱边尖锐程度；

Ⅲ型：导风板采用整体相切圆弧，同时消除入口、出口位置的棱边。

“凹”形导风板：

Ⅳ型：导风板呈阶梯状内凹，导风板尖锐棱边变多；

Ⅴ型：导风板采用内凹型圆弧，入口位置出口位置棱边尖锐。

以30°直板形导风板的风量为基础，利用柱状图对5种变形导风板方案的风量进行比较，见图4。

图4 5种变形导风板方案的风量对比

Ⅳ型、Ⅴ型导风板风量明显降低，Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型导风板风量依次逐渐增加。风量变化出现同直板形导风封板类似的趋势：棱边越尖锐风量越小，随着棱边尖锐程度的缓和直到消失，风量逐渐增大。通过表3中的异形导风板的流场图，亦可以明显地看到棱边形成的低速漩涡区域。

4 结论

通过直板形导风板的角度变化及变形方案的风量变化趋势、流场图可以看到，导风板棱边的锐利程度直接影响风量的变化。在导风板设计时可参照图5，在空间结构允许的条件下应尽量满足：

(1)避免采用表面急剧变化或凹陷的导风板；

(2)直板形导风板建议采用15°

(3)结构允许时采用分段或圆弧等形式缓解导风板入口、出口位置棱边的尖锐程度。

图5 导风板建议方案