HVAC的案例
汽車雙層流HVAC 的研究及應用
本文通過對HVAC 進行研究，采用雙層流HVAC 結構，從而降低汽車電能消耗及油耗。
1 概述
HVAC 是安裝在儀表臺下具有加熱、通風和空氣調節功能的單元，通過吸入內氣或者外氣，經過蒸發器和暖風芯體將其調節成設定溫度，吹入駕駛室內，起著向乘客提供舒適環境的重要作用[1]。作為汽車空調的核心部件，HVAC 結構設計的優劣直接影響空調系統的性能和用戶體驗。現有的汽車自動空調系統都設置有外循環和內循環送氣，但是無論是單獨的外循環還是內循環都存在一定的弊端。如外循環內耗大，且在重污染地帶會吸入污染；而內循環則吸入新鮮空氣少，不是很健康。如何在保證乘客舒適性的前提下，通過調節內外進風的混風比例，更多地利用車內處于比較舒適溫度的空氣參與換熱，來實現降低能耗的需求，一直是汽車空調工程師攻關的課題。北方冬季行車，車窗易起霧起霜，必須開啟外循環+ 除霧模式。車外冷空氣經過暖風芯體加熱后給車內提供熱空氣，需要消耗較大熱量。對于燃油車，在氣溫較低時需要較長時間車內才能達到舒適溫度；對于電動車，需要消耗更多的電量用于整車的采暖，從而降低整車續航里程[2-3]。如果能從HVAC 結構上進行優化改進，合理利用車內空氣余熱，將可以進一步降低能量消耗，達到降低油耗或電量的目的。雙層流HVAC 則具備同時導入內氣和外氣的功能。下面將對雙層流HVAC 的結構及其性能進行闡述。
2 雙層流HVAC 結構說明
雙層流HVAC 與常規HVAC 相比具有不同的進風箱和分配箱，可以實現內外氣同時導入。
2.1 雙層流HVAC 結構
雙層流HVAC 進風箱分為上下2 個葉輪，其中上部葉輪可以導入新鮮外氣，下部葉輪可以導入車內的內氣。低濕度的外氣通過外循環風門，經上層葉輪流入DEF 風道吹出。車內的內氣通過內循環風門，經過葉輪內部導流槽進入下層葉輪，由吹腳風道吹出。
展開 運用CFD對汽車空調HVAC的改善設計
【摘要】汽車空調HVAC的內部氣流受到設計結構狀態干擾時，其流向、狀態、壓力等流場形態會發生改變，并且會對HVAC風量、噪聲品質等產生影響，進而降低用戶的舒適性體驗。文章運用CFD分析方法對某款車型空調HVAC在設計開發階段遇到的進風風量降低、葉輪氣動噪聲、蝸殼氣流噪聲3個問題進行設計仿真，通過仿真分析結果針對氣流干擾部分的結構進行了改善，利用試驗對改善方案進行對比驗證，證明了CFD仿真方法分析的有效性，為空調HVAC在設計階段的流場性能改善、NVH風噪改善及數據定型提供了有益的參考。
CFD（計算流體力學）技術具有成本低、周期短、可重復等優點，適合在前期指導汽車空調通風系統的設計，因此CFD仿真分析在汽車空調設計階段非常重要。邢陽等人采用SST兩方程模型通過數值仿真分析指導空調HVAC（供熱通風與空氣調節）結構優化設計，通過調整蒸發器進氣前段結構（臺階與擋風筋）使蒸發器通風面速度均勻性指標EAPI得到提升，結果顯示對單體制冷量的利用率的提高有較大的作用，同時蝸殼擴壓段有效擴壓會增加風機風量，有利于空調HVAC整體性能的提升。吳金玉通過FLUENT對某款車型的HVAC及風道內部的速度場和壓力場進行CFD分析，評價HVAC的結構設計是否合理，空氣流過時是否會產生偏流或渦旋等不利現象，分析風道內部結構對風量分配和送風量的影響并提出優化方向。葉立對HVAC制熱除霜模式進行CFD模擬分析，并將模擬結果與實驗結果進行對比，結果相互吻合。通過分析模擬結果的流線、速度和壓力圖，針對蒸發器及蒸發器前流道與進口位置進行結構優化，優化后流場均勻性及渦流問題得到有效改善，空調除霜效果得到增強，同時能耗有所下降。
上述分析表明，運用仿真技術能夠對空調HVAC結構優化設計提供重要的幫助。
展開 智能座艙聲振建模技術：HVAC噪音傳播與多孔吸聲材料
環境三：汽車的大部分內飾
我們將考慮從您的耳朵到HVAC管道出口附近的環境。你可能會想得很簡單，一個簡單的聲波從出口順暢地傳播，直到你的耳膜輕松的擋住它。在消聲室里可能是這樣，但你是在一輛車里。其他聲波會干擾HVAC波，軟表面（如座椅）會吸收聲音，而硬表面會反射聲音。如果這些反射與初始波同步，它們會放大聲音，但是如果它們的波形發生變化，它們會減弱原始聲音。這些都是工程師需要考慮的因素。
由于這三種環境需要不同的技術和可能不同的工程師來處理它們，我們將分三個步驟來研究它們。
步驟1：計算HVAC管道中的氣動聲場
在CFD軟件中計算HVAC管道系統的空氣動力學，以及來自HVAC管道出口的氣動聲源生成和近場傳播。采用這種解決方案時，在聲學傳播中可以忽略艙內效果。具有大渦模擬（LES）和擾動對流波方程（PCWE）的時域解決方案可用于此計算。
這簡化了噪聲源計算，因為不需要將座艙域添加到流量計算中。更重要的是，可以在頻域解決方案中更好地定義艙內聲學特性，如吸收表面和多孔域，而在時域中計算流動和近場聲學。
該解決方案還可以在沒有座艙的自由場中給出觀察者位置的聲學響應，模擬類似于HVAC管道定位在消聲室而不是汽車座艙中的環境。
“步驟1”在各種工作流程中很常見，對于無法得到汽車座艙模型的HVAC制造商來說很有用。然而，對于也可以將機艙納入聲學領域的整車OEM廠商，可以考慮混合解決方案。使用相同的源域計算，這種混合解決方案不需要大量增加“步驟1”的開銷，并將提供流信息。
展開 技術分享 | 如何獲得更好的火車供暖、通風和冷卻(HVAC)系統設計？（一）
設計人員希望設計出能提供舒適環境的鐵路客車，在過去，西門子工程師大約耗費四個月時間在氣候風洞中測試鐵路客車，以驗證供暖、通風和冷卻(HVAC)系統的設計。現在，他們可在建造第一節車廂之前利用計算流體動力學(CFD)軟件對設計進行驗證，從而將測試時間與成本減少高達50%。
“西門子工程師的設計一次性成功，有望將風洞測試的工作量減少50%，相當于縮短兩個月的時間。”
過去，為設計出滿足這一標準的最新客車車廂的HVAC系統，我們需要在氣候風洞中花費四個月的時間對HVAC系統設計進行測試和修改，僅租賃費每天就要花費數千歐元。此外，由于列車交付期限緊迫，仿真時間十分受限。
在過去幾年里，西門子工程師成功利用 Ansys Fluent CFD 軟件對完整的鐵路客車進行了準確的仿真，得到的詳細結果與物理測量結果極為吻合。而獲得仿真結果所用的時間僅為測試所用時間的幾分之一。與以往相比，工程師能夠評估更多的設計迭代，并且總會得到出色的HVAC性能。
雖然鐵路客車仍須進行測試，以驗證是否符合該標準的要求，但是最新產品的測試時間已經縮短了50%，既節省了大筆的風洞租賃費用，又額外節約了相當可觀的人員和設備成本。
供暖、通風和冷卻(HVAC)系統設計挑戰
歐洲標準在城際鐵路客車的氣候控制方面規定了廣泛而且頗具挑戰性的要求。內部平均溫度只能在設定溫度的+/-1攝氏度之間變化。
展開 
基于samcef的車內空調系統HVAC 研究
車內空調系統（HVAC system）模塊的研發主要在于氣流通道的優化及熱交換性能的改善。凸輪機構是其中一個重要組成部分，能夠達到使氣流在乘客區擴散的要求。通常為凸輪機構的預留空間會受到封裝的限制，也會考慮到重量，噪音及成本的約束。因此需要在氣流輸出口的面板上的控制端設計一個突起的旋鈕，如圖所示。在這個旋鈕上施加一定力矩可以控制其狀態的切換。這個力矩的大小嚴重影響著整個系統的質量，為了能夠保證在控制端的一個較小而平滑且有效的力矩輸出，研究對機械裝置的影響，傳統的剛體機構建模已經不能滿足要求。本案例采取了samtech 有限元柔性體建模方法，為此類問題提供了一種可靠的解決方案，案例的主要組成部分分為：
The main parts ofthe study are:
? Preparation ofthe complete mechanism.
? FEA simulation(kinematics, large displacements / rotations, contact
& friction)with SAMCEF/MECANO “Structure & Motion”
? Correlationbetween bench measurements and theoretical values.
展開 技術分享 | 如何獲得更好的火車供暖、通風和冷卻(HVAC)系統設計？（二）
工程師經常手動開展參數研究，以確定HVAC系統運行的最佳方式。
“西門子工程師的設計一次性成功，有望將風洞測試的工作量減少50%，相當于縮短兩個月時間。”
仿真結果是否可靠？
仿真驗證是CFD流程中一項嚴格的要求。工程師首先為仿真的參考項目開展驗證，然后在氣候風洞中進行測試。試驗研究的結果與CFD仿真的結果良好吻合，但也顯示了該流程仍需要改進的地方。
借助仿真準確預測HVAC系統的性能，讓西門子工程師在建造和測試第一個產品之前就能以高精確度驗證車廂內的各種條件。在大多數情況下，他們能讓設計一次性成功，有望將風洞測試的工作量減少50%，相當于縮短兩個月時間。
這樣可節省風洞租賃費、人力和設備成本。如此一來，西門子工程師能夠更輕松地評估備選設計方案，將乘客的舒適度提升到標準要求之上，同時無需測試多個產品變型。一旦HVAC系統成為項目的關鍵路徑（雖然這種情況不常見），這些成本節約還意味著能夠加速產品交付，并增加收入。
“西門子工程師成功利用Ansys Fluent CFD軟件對完整的鐵路客車進行了準確的仿真，得到的詳細結果與物理測量結果極為吻合。”
來源于：ANSYS官網
展開 質量流量防堵塞傳感器在潔凈室HVAC系統氣流控制應用方案
HVAC系統不僅控制溫度、濕度和氣壓，還控制潔凈室內的通風，包括空氣流入和流出空間時的方向、速度和過濾。下面工采網通過本文介紹一下潔凈室HVAC系統氣流控制。
潔凈室氣流形式可以分為單向流或非單向流兩種。如果綜合利用兩種氣流，通常叫做混合氣流。關鍵區域的氣流流型是一個關鍵的技術要求。由于氣流本身無法直接肉眼觀測，因此常用通過加入其他低速可視物質，如煙或霧，令其與氣流一起運動，以觀測氣流的形態，確認單向流在靜態(非生產狀態)和動態（設備和人員正常運行條件下）都能夠進行持續保護，這個通常稱為可視化氣流流型試驗。
對于潔凈室HVAC系統氣流控制，工采網推薦質量流量防堵塞傳感器 - FS7002采用MEMS流量傳感芯片來制作，適用于各類一般用途的清潔、干燥氣體。特別的封裝技術使之在相同的管徑下可測量不同范圍的流量，大批量生產以確保高可靠性，高性能和低成本。該傳感器是專為快速測量流速變化而設計，適用于多種設備，如LCD投影儀的散熱系統、空氣清新機、各種儀器、通風管道或風扇馬達等，可及時反饋散熱系統過濾器的運行情況并防止因為堵塞而引起的異常情況。
展開 晶尊微SC09B觸摸芯片助力奔馳E級的HVAC系統提升觸控體驗
為了滿足廣大粉絲的好奇心，我們帶大家來揭秘奔馳E級轎車的HVAC系統。該觸控系統的觸控部分采用的是晶尊微SC09B觸摸芯片，確保了反應靈敏且用戶友好的交互性能。
奔馳E級的HVAC系統是主要用來控制車內的加熱、通風和空調，能夠快速實現用戶對溫度和風速的調節，其觸控部分采用的SC09B觸摸芯片能夠準確地感應到手指的觸摸操作，按鍵輸出經過完全消抖，能夠保持自動校正，無需外部干預。
以上是HVAC系統觸控部分的內部電路板實拍圖。相比傳統機械按鍵，觸摸按鍵的設計往往更為簡潔，且操作直觀，為駕駛者帶來了一種前衛的操作體驗。
晶尊微SC09B觸摸芯片，按照工業級設計，一致性好，有超強抗干擾能力和穩定性。
優勢：
應用電路簡單，體積小，便于集成；
靈敏度可按照不同需求和應用場景進行調整，設計靈活；
簡潔的智能觸控界面，更具科技感，有助于提高產品的市場競爭力。
因此，廣泛用于工業控制、家用家器、車載設備（后裝）、消費電子、醫療設備等領域。
歡迎聯系我們定制專屬解決方案！
【END】
展開 CFD 仿真：利用仿真對HVAC系統進行仿真，可以讓客戶在高鐵上感受更舒適的旅行
CFD 仿真：利用仿真對HVAC系統進行仿真，可以讓客戶在高鐵上感受更舒適的旅行
http://www.ansys-blog.com/cfd-simulation-trains-hvac-systems/
ANSYS建筑專欄：HVAC及舒適性
開發制冷、通風、空調系統（HVAC）取決于多種因素，包括溫度、濕度、風速、噪音、還有門窗和墻壁的熱損失。使用ANSYS軟件，仿真驅動產品研發，使設計者在設計初級階段，就可以對暖通空調設備在各種場景下的性能進行分析，而無需生產出樣品模型，就可以使性能最大化而且可以在源頭上控制噪音的產生。進一步了解建筑物內的空氣流動狀況對于設計最好的空調系統至關重要。同時暖通空調設備的安放位置也對使用者的舒適性產生很大的影響，此外，成本控制和環保性也是重要的考量因素。
虛擬模型給了工程師更多機會在短時間內測試大量的參數。因此，設計者能夠盡可能地達到最經濟、最節能、最舒服、最適合的系統設計。
ANSYS多物理場解決方案根據房間標準、使用者活動等輸入參數，幫助設計者設計出最優秀的暖通空調系統。最終結果是可以更快速地獲得設計批準，減少費用超支的風險，達到建筑目標。
展開 TAITherm座艙熱管理與續航里程
圖3 汽車座艙模型
分析對比三種冬季采暖方案，分別為HVAC吹面模式、HVAC吹面+吹腳模式、HVAC+局部采暖，局部采暖方案中定義了五種不同的加熱表面，接近腳在底部的控制臺、頂棚輻射板、座椅靠背和座椅底部及方向盤。
該案例在Cotherm中耦合仿真流程如下圖所示。Cotherm優化流程需要的變量輸入包括HVAC采暖功率、頂棚輻射板功率、座椅背部加熱功率、座椅底部加熱功率、方向盤加熱功率。
圖4 Cotherm優化流程
Cotherm中集成了多種全局優化算法和局部優化算法，本案例采用Direct全局優化算法。成本函數考慮功耗和達到熱舒適時間，迭代次數300次。首先更新優化變量，運行TAITherm求解座艙熱模型，獲取當前輸入變量方案的功耗和達到熱舒適度時間，計算成本函數值，保存分析結果。通過優化算法最小化成本函數值，進行300次迭代優化，獲取較優組合方案。經過Cotherm迭代優化，得到三種采暖方案功耗和人體熱舒適度結果如下：
圖5 座艙溫度結果對比
1. 在功耗方面，HVAC吹面方案、HVAC吹面吹腳方案、HVAC＋局部采暖方案的總功耗分別為3376W、3334W和942W，其中HVAC＋局部采暖方案較低。三種采暖方案，駕駛員總體熱感知和熱舒適度詳細變化過程如下圖所示：
圖6 熱感知和舒適度等級瞬態變化
2. 從駕駛員熱感知和熱舒適度瞬態變化結果可以看出，進入車內瞬間人體會感覺很冷和不舒適，隨著艙內溫度的變化，熱感知等級逐步上升、熱舒適度等級逐步上升。
展開 
設計仿真 | Actran聲源識別方法連載（二）：薄膜模態表面振動識別
03
工程案例
艾默生空調在處理HVAC（供暖、通風和空調）單元的遠場噪聲評估時遇到的一些困難：
? 實際安裝環境下在HVAC單元周圍進行遠場測量存在實際復雜性，這使得直接測量變得困難；
? 對于HVAC單元的不同組件（如散熱器、風扇、壓縮機等）進行全面模擬需要巨大的投資，而且由于部分組件并非由HVAC單元的制造商直接生產，缺乏完整的數模來支持全面的模擬過程。
為了解決這些問題，開發了一種實驗和數值混合應用的方法，用來評估HVAC單元在遠場中的噪聲輻射情況。
ZXDE 030E-TFD-454型戶外冷凝機組（單風扇單元）被選作分析對象。首先執行近場噪聲測量。在HVAC單元周圍設置一個虛擬盒子，尺寸為1200x960x600mm，距離實際設備120mm。在這個盒子上布置了355組測量點，每組4個測點，總共1420個近場測量點。此外，在離設備1米和2米處進行76次遠場聲壓測量。
圖 6 近場噪聲測量：左圖為虛擬盒子；右圖為麥克風間距
然后，進行信號相位調整：由于測量組之間的相位差異，需在頻域中對每個麥克風的信號進行相位調整。
圖 7不同麥克風的空間相關性
在Actran中使用聲學有限元輻射模型和麥克風測點的實驗數據逆推薄膜模態參與因子，恢復HVAC單元表面的聲源分布。
圖 8 Actran中的聲學模型
圖 9 近場麥克風預測和實驗值對比
最后進行遠場結果的仿真分析。通過對比近場和遠場測量數據與仿真結果，驗證模型準確性，并構建指向性圖評估不同距離下的聲輻射特性。
展開 MSC氣動噪聲全流程解決方案 | 基于scFLOW2Actran的HVAC管道氣動噪聲案例展示
圖15 scFLOW后處理展示聲波的傳播
5
應用實例
我們將在海克斯康大學的視頻公開課中，以HVAC系統的氣動噪聲解析為例，向大家展示如何在scFLOW界面中，實現全面的氣動聲學分析（聲源和聲輻射）。
暖通空調的CFD仿真優化
汽車空調系統（圖1）大致分為：
制冷系統：熱交換器（蒸發器、冷凝器）、壓縮機
空氣系統：鼓風機單元、HVAC 單元
這些性能都很大程度上依賴于工作流體的行為，因此CFD成為設計階段性能預測的重要工具。
其中，本報告介紹了CAO應用軟件的初期，2002年進行的HVAC單元CFD仿真的效率化，對其簡易形狀進行的CAO的試行以及熱交換器翅片的CFD和CAO的事例。
2. 案例 （1） HVAC 單元
HVAC 內流分析問題
HVAC單元是最終決定空調性能優劣的重要部件，同時，根據車型、車格，形狀、規格也不同，必須在短時間內完成非常多變化的開發。此外，由于需要對表1所示的各種各樣的空調模式全部進行分析評價，因此強烈要求縮短分析周轉時間。．
PROAM 部署的好處包括：
在計算時間、所需內存量沒有大幅度增大的情況下，可以實現網格生成過程的自動化（時間縮短）和標準化，HVAC設計者可以進行CFD分析（參照表2）。
由于基于Hexa，所以可以容易地對網格數、模型尺寸進行事前估計。
能夠在與進行邊界條件等解析設定的PROSTAR相同的環境下自動生成網格。
等等
作為課題;
在創建Trimmed單元時縮短處理計算時間的專有技術
避免限制的專有技術，如Trimmed單元和多孔設置單元的接合和完全不連續的接合
與 Tetra單元的復合/混合化的研究和專業知識積累
等等。
展開 暖通空調的CFD仿真優化
汽車空調系統（圖1）大致分為：
制冷系統：熱交換器（蒸發器、冷凝器）、壓縮機
空氣系統：鼓風機單元、HVAC 單元
這些性能都很大程度上依賴于工作流體的行為，因此CFD成為設計階段性能預測的重要工具。
其中，本報告介紹了CAO應用軟件的初期，2002年進行的HVAC單元CFD仿真的效率化，對其簡易形狀進行的CAO的試行以及熱交換器翅片的CFD和CAO的事例。
2. 案例 （1） HVAC 單元
HVAC 內流分析問題
HVAC單元是最終決定空調性能優劣的重要部件，同時，根據車型、車格，形狀、規格也不同，必須在短時間內完成非常多變化的開發。此外，由于需要對表1所示的各種各樣的空調模式全部進行分析評價，因此強烈要求縮短分析周轉時間。．
PROAM 部署的好處包括：
在計算時間、所需內存量沒有大幅度增大的情況下，可以實現網格生成過程的自動化（時間縮短）和標準化，HVAC設計者可以進行CFD分析（參照表2）。
由于基于Hexa，所以可以容易地對網格數、模型尺寸進行事前估計。
能夠在與進行邊界條件等解析設定的PROSTAR相同的環境下自動生成網格。
等等
作為課題;
在創建Trimmed單元時縮短處理計算時間的專有技術
避免限制的專有技術，如Trimmed單元和多孔設置單元的接合和完全不連續的接合
與 Tetra單元的復合/混合化的研究和專業知識積累
等等。
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