CFD分析應用於車輛室內之冷房效率評估

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CFD分析應用於車輛室內之冷房效率評估

2010 / 10 / 13

車輛研究測試中心 CAE中心 / 賴文光

在現今節能意識高漲的時代，冷房的效率也逐漸為人所重視，因此如何以較少的能源獲得較佳的室內舒適度，將是現在及未來必然討論的話題。

透過計算流體力學(Computational Fluid Dynamics)軟體的分析，對於汽車空調出風口的位置、氣流速度、方向及溫度，甚至於車室內的擺設，皆可在設計前端先行評估在什麼樣的環境條件及空調設定下，會達到較佳的人體舒適情況。透過分析結果也可以更確定所需選用的冷氣或空調規格，不至於發生過熱(不舒適)或過冷(不節能)的情況。

CFD分析軟體可將大部分的環境條件及物理模型如太陽輻射及人體模型等要素加入模擬：
圖1所示為車室內之流場分布。藉由後視軟體可觀察其流動的狀況，其中不同顏色的顆粒代表不同出風口氣流的行經路線軌跡，可藉由調整出風的方向及風速來觀察其對空氣流動狀態的影響，找出適用於不同狀況下的最佳氣流路線。

圖2所示為車體某一截面的溫度場分布，可清楚看到各部位的溫度分佈，其中在靠近出風口於氣流行經路線上的溫度明顯較低，藉由調整各參數後，根據分析之室內溫度結果可作為空調設定的依據。

圖3所示為人體在車室內受到太陽輻射及空調冷氣交互作用影響下的溫度表現，可看到靠右側的人的手部及大腿受到太陽直接照射，因而溫度較高呈現橘紅色。

圖4可清楚看到頭部溫度比其它部位來的高，符合一般人體在低溫時的生理狀態，間接證明了物理模型的可靠性。而在人體的背部及臀部由於與座椅接觸而無空氣流通，因此溫度也會較高。

由初步研究結果可知，為了使車室內有較舒適涼爽的環境，風速及出風口氣流溫度必須相互搭配，僅調整風速或出風口氣流溫度之效益有限。至於在不同狀況下的最佳配置組合，經過詳細實驗設計分析後即可獲得。
透過CFD分析的方式，可以了解並掌握空調在何種氣流速度、方向及溫度下會有較佳的冷房性能，不但可以達到使人舒適的目的，更能增加節能的效果。