HVAC 空调箱总成级 CFD：箱内建模、开度扫描与内漏标定

课程大纲

• 能为空调箱总成级 CFD 定出计算域的上下游截点（上游到进风口/鼓风机出口、下游到出风口断面），并说明蜗壳出口斜射流、极短入口段、大曲率转弯三处对网格布局与湍流设置提出的箱内专属要求
• 能判断芯体多孔介质等效在斜射流近场是否已经失真，给出失真的识别抓手与适用性声明的写法，而不是默认等效处处成立
• 能按干/湿态分别取用空气侧阻力系数（湿态取 ζ_wet），并说清吹水 carry-over 在箱内 CFD 里能算到哪一步、算不到的部分交给谁
• 能在「按典型门位分别建网格分算」与「重叠/动网格连续求解」之间做出有依据的取舍，并把温度门/模式门的开度扫描落成一份可复现的参数化算例矩阵
• 能把密封面内漏与隔断串腔按缝隙等效阻力或局部开口代入模型，并用堵口加压的分区实测数据反标等效系数，使全热能力与分区能力不再被系统性高估
• 能按整箱 Δp-Q、各口分风量、双侧扫描温度矩阵三套台架数据组织对标，并按写死的断面与口径把结果交给 C2-05/C2-08/C2-07/C2-10 与 J4-01/C5-02/C2-11

1. 计算域取舍、网格与湍流设置：箱内低速内流的专属问题
   • 上下游截点先定死再谈网格：上游到进风口/鼓风机出口为止（鼓风机内流与蜗壳型线设计归 C2-04），下游到出风口断面为止（断面以后归 J4-01，J4-01 已在其大纲里书面声明「本课计算域自出风口断面起，空调箱与风道内部不在其内」）。截点写不清，两门课的模型会在同一段几何上重叠或留空
   • 只算风道那一段是最常见的域取错：C2-07 已定纪律「必须全箱+风道联算」，C2-05 已给理由——只截一段芯体做多孔介质等效，恰好把蜗壳斜射流造成的畸变最重的一块算平了。本讲把这条纪律落成计算域的具体截法与截面上给什么边界
   • 箱内三处构型难点决定加密该加在哪：蜗壳出口斜射流（剪切层要在展开段内解得住）、极短入口段（射流没展开就撞芯体，芯体上游不存在「充分发展」这个前提）、大曲率转弯（弯内分离与二次流）。加密加在这三处，而不是均匀加密全域
   • 通用判据一律调用不重讲：湍流模型选型、壁面处理与 y+ 三选一（贴壁解析 y+≈1 / 壁面函数 30~300 / all-y+）、边界层棱柱层层数与首层高度反算、偏斜度/纵横比/正交质量这套质量判据、网格无关性与 GCI、假收敛识别，全部按 J2-01 执行；本讲只说明这些判据在箱内构型上怎么取值，不复述判据本身
   • 起点几何的前提：本课从一份已通过水密三项检查、已抽出内域的几何开始；数模验收、删简、破面缝合、包面尺度与孔洞建模决策矩阵归 J2-06。⚠ 包面尺度吃掉密封缝这一类前处理失效，在第④讲的内漏建模里会表现为「怎么标都标不上」，出现该症状先回查前处理，别继续调等效系数
   • 响应量决定精力分配：过芯风量与各口分配由芯体多孔阻力、鼓风机边界与内漏决定，对壁面处理不敏感；壁温、局部换热系数与出风温度分布对 y+ 敏感（口径同 J2-01）。先判本次要交哪个量，再决定是去调网格还是去查阻力与漏风的标定
2. 芯体等效在箱内的差异：近场失真的识别，与干/湿态切换
   • 标定路线本身是前置、一条都不重讲：Darcy-Forchheimer 源项、由 f-Re 反算渗透率 α 与惯性阻力 C₂、各向异性阻力张量、单元胞 j/f 提取（含 Fanning 与 Darcy 的 f_D = 4·f_F 换算）、双单元 dual-cell 与体积换热系数，全部按 J3-01 执行并作为本课的输入
   • 本讲只解决一件事：J3-01 的标定路线面向前端模块/机舱的均匀来流，而箱内是蜗壳斜射流加极短入口段，等效模型在近场会失真。J3-01 已把这条适用边界写进自己的正文，本课承接的正是这条边界
   • ⚠ 本讲不讲「修正方法」：该做法全库无源（现有原料只有 C2-05 与 J3-01 各写过一遍「会失真」这个结论），本讲按降级出口收窄为失真的识别与适用边界声明——怎么判断等效已失真、什么时候不能用等效、要用就得怎么写适用性声明
   • 识别的可操作抓手三条：多孔介质区上游是否存在明显斜入流角与强速度梯度；等效区内的速度分布是否被人为抹平（与实测多点风速的形状对不上而不只是量值对不上）；同一版模型在近场与远场对网格加密的响应是否一致。判为失真的区域，其迎面风速结论降级为定性，不再用它出变异系数的定量结论——变异系数的定义与判读归 C2-05
   • 反标数据的第二条路线：除单元胞 CFD 标定外，工程上也用部件焓差风洞/台架实测的 Δp-流量与换热数据反标多孔介质黏性/惯性阻力系数与体积换热系数（属行业惯例，写讲义前须先立事实卡）。两条路线并列，用了哪条必须写进模型说明
   • 干/湿态必须分别取用：实车蒸发器一直是湿的，湿态空气侧阻力系数 ζ_wet 高于干态，套干工况系数会同时低估压降与迎面畸变（该结论与选风机的口径由 C2-05 给出）。本讲只讲两套系数在箱内 CFD 里怎么切、切了以后哪些结论会变；湿工况换热侧的口径变化按 C2-05 的前指处理，本课不展开
   • 吹水 carry-over 能算到哪一步要说清：液膜的数值方法（Eulerian wall film 与 VOF 的取舍）归 J4-03，且 J4-03 已自限于「静止大曲率玻璃壁面上的凝结成膜」；本讲只补它用在箱内翅片与下游风道上的差异，并划清界限——CFD 给的是吹水风险的预判量，是否吹水仍以 C2-05 的高湿工况最大风量目视/称重实测为准
3. 风门开度改变流道拓扑：网格策略与开度扫描参数化
   • 这一讲是全书最硬的空白：全量检索「重叠网格」0 门、「动网格」0 门，「滑移网格」仅 3 门且全在风扇 MRF 语境；J3-05 已在其大纲里书面写明「动网格与重叠网格 vs 多位置分算的取舍已划归 J4-04，本课引用不重讲」，等于指名本课承接
   • 先把问题的性质说清：风门角度改变的是流道拓扑（某条通路从通变断、混合腔被重新分割），不只是边界位置移动——这正是它不能靠「把网格挪一下」打发过去的原因。门型、凸轮运动综合与角度-温度曲线归 C2-02，本课只接它交出的门位定义
   • 默认工程解法是多位置分算：按若干典型门位分别建网格分算，需要连续过程时才上重叠(overset)/滑移网格，而不是用单套网格通吃全行程（属行业惯例，写讲义前须先立事实卡）。本课以多位置分算为默认路线讲授，重叠/动网格作为选学的进阶做法
   • 取舍判据落在「要不要连续过程」这一问上：评价量若是稳态分配比（各口分风量、两侧出风温度、迎面风速分布），多位置分算够用；只有评价量本身发生在切换过程中（过渡工况的瞬时畸变、切换异响的源区）才必须上连续求解，此时成本口径从算例数变成时间步数
   • 开度扫描要落成可复现的算例矩阵：温度门门位 × 模式门门位 × 风量档（双区两侧温度门独立时温度门项变成两侧乘积），并对每个算例规定命名、边界、收敛监测量与结果提取断面，矩阵随结果一起交付——否则下游拿到的是一堆无法对号入座的云图
   • 中间开度最容易被跳过、也最容易出问题：门位落在两个「设计位」之间时气流畸变最重、再生噪声源区最活跃（C2-11 关注的正是这一段）。算例矩阵只取端点位与几个整数位、跳过中间开度，会整体漏掉畸变峰值
   • 规模失控的信号与出路：算例矩阵大到网格准备工时成为瓶颈时，先上参数化建网（同一套参数按门位重生成网格），仍不够再转连续过程解法——不要先砍采样密度，砍掉的往往正是中间开度那一档
4. 内漏与隔断串腔的 CFD 建模、堵口加压分区数据反标，及非绝热壳体共轭
   • 本讲的物理对象是两类内漏：密封面与风门轴孔一类的缝隙内漏（冷风绕过温度门直接混进热风路径，表现为全热工况出风温度上不去），与隔断串腔（左右温区互串；C2-08 的串扰本质上也是内漏，只是漏在箱内而非箱外）
   • 建模二选一，选择变量是几何可不可辨：缝隙等效阻力（多孔介质薄层或阻力面）用于位置已知但缝宽不可靠的密封面；局部开口用于位置与面积都量得出来的固定孔。这个二选一由 C2-10 给出，本讲承接并把它落到具体的求解设置与参数配对上
   • ⚠ 隔断串腔不一定是「缝」：C2-08 已给出另一类结构——隔断只做半程、下游左右重新汇入公共腔。此时应按几何直接建腔，折成阻力面反而把一个真实的掺混腔当成了一条缝，改多少系数都对不上
   • 反标的唯一数据源是分区实测：用 C2-10 的分段封堵逐段加压数据把每一区的等效系数标出来。只给一个总漏风率无法反标——C2-10 的「知道漏 8% 但不知道漏在哪，等于没测」这条判据，在建模侧直接变成「无法分区就无法反标」
   • 加压压差要贴近实际工作压差（按额定风量下的箱内压力取，判据由 C2-10 给出）：低压差下缝隙没张开，标出来的等效阻力偏大、模型内漏偏小，整箱结论随之偏乐观——这是危险的一侧，不是保守
   • 不带内漏建模的箱内 CFD 会系统性高估分区能力与全热能力，且偏差方向固定；分区实测反标是让仿真与实测对上账的唯一路径。这条结论由 C2-10 交出，本讲负责把它落成可执行的建模步骤与反标卡
   • 账目边界跟着 C2-10 划，不许越界取数：堵口位就是账的边界——出风口本体「全关却关不严」那部分漏风发生在堵口位下游、被排除在账外（属 C2-07 的全关漏风率）；整车级差值法的差额里还同时装着箱体漏风与车身侧泄压/渗透两样东西，不能全部记到箱体头上，更不能拿它去反标箱内模型
   • 壳体不是绝热的：暖芯/PTC 区、各处穿壳口与靠机舱侧的壳面都有热流穿出，在全热与冬季工况下直接影响出风温度。共轭的通法（界面温度与热流连续、薄壁/壳导热 baffle 代表壳体、界面接触热阻）按 J2-04 执行，本讲只讲它在箱内怎么接、以及什么条件下可以省掉不接
5. 全箱+风道联算的三套台架对标口径与下游交接
   • 三套台架量逐格有主，对标要三格一起看而不是只挑一格：整箱 Δp-Q 曲线（与风机曲线求交定工作点，口径归 C2-04，测量断面与折算按 ISO 5801 体系）、五种模式下各口分风量（压损分解公式族与并联分配判据归 C2-07）、双侧独立扫描温度矩阵（κ 与 ΔT_strat 的定义、分母口径与扫描试验设计归 C2-08）
   • Δp-Q 是头号对标量，也是最先暴露建模错误的那一条——网格、多孔介质参数、内漏只要建不对，第一个对不上的就是它（这条期待由 C2-04 的作业直接提出）。对不上时的排查顺序：先查几何有没有把该留的缝合掉（回 J2-06），再查干/湿态系数用没用对，再查内漏建没建，最后才动湍流模型与 y+
   • 对标按 C2-07 已给的台架/整车三级顺序走、不跨级：先在台架级把箱体本体对上，再上整车级；台架合格不等于整车合格，整车侧多出的差额里有装配漏风与车身侧泄压两笔账，别拿它回头去调箱内模型
   • 回喂给设计课的量与口径：迎面风速分布 → C2-05（变异系数的定义与判读归 C2-05，本课只交场，且失真区的结论按第②讲降级）；串扰系数 κ 与 ΔT_strat → C2-08（定义式与分母口径归 C2-08，本课只交两侧扫描的仿真温度矩阵）；分段压降与分区漏风的模型值 → C2-07 / C2-10（公式族与账目边界归它们）
   • 下游边界交接四条线，交什么量、在哪个断面交必须写死：出风口断面的速度型或质量流量型结果 → J4-01（其计算域自该断面起）；除霜支路的进口温度与风量 → C5-02（热损与内漏正发生在箱内到仪表台下风道那一段，该段无人算则其进口边界先错）；箱内几何、边界与门位工况的稳态基线（含中间开度的气流畸变与再生噪声源区定位） → C2-11；除雾侧的湿空气与液膜口径 → J4-03
   • ⚠ 噪声这条线本课只交到稳态基线为止：把稳态基线抬到声类比要求的非稳态档次（URANS / LES 尺度解析设置、时间步、采样时长、声学面取法）与「流场 → 噪声频谱」这一步归 J5-05，本课通篇稳态口径、不承接，交接表里也不得默认包含这一段
   • 交付物本身要可复现：模型说明（计算域截点及其理由、多孔介质系数来源与干/湿态两版、内漏等效系数及其配对的建模面积、开度扫描算例矩阵、适用性声明）必须连同结果一起交，下游才有依据判断这版结果能不能用在它自己的边界上

• 以为箱内 CFD 只要把风道那一段算准就行——其实鼓风机蜗壳出口的斜射流与极短入口段正是畸变最重的一段，只截一段芯体做多孔介质等效，恰好把畸变最大的一块算平了（口径同 C2-05、C2-07 的「必须全箱+风道联算」）
• 以为多孔介质等效「标定过就处处能用」——其实 J3-01 的标定路线面向均匀来流，箱内斜射流近场在它的适用边界之外；不写适用性声明就交结果，等于把一个已知会失真的模型当通用件用
• 以为空气侧阻力系数用干工况的就行——其实实车蒸发器一直是湿的，ζ_wet 高于干态，套干工况系数会同时低估压降与迎面畸变，Δp-Q 与均匀性两条结论一起偏
• 以为一套网格能通吃风门全行程——其实门角改变的是流道拓扑而不只是边界位置；工程通行做法是按若干典型门位分别建网格分算，需要连续过程时才上重叠/滑移网格
• 以为算例矩阵取端点位与几个整数位就够——其实中间开度的气流畸变最重、再生噪声源区最活跃，跳过它等于整体漏掉畸变峰值（C2-11 关注的正是这一段）
• 以为不建内漏模型是「保守」——其实它系统性高估分区能力与全热能力，偏的是乐观方向；不带内漏建模的箱内 CFD 与实测永远对不上账
• 以为只要有一个总漏风率就能反标模型——其实无法分区就无法反标（C2-10 的「知道漏 8% 但不知道漏在哪等于没测」在建模侧就是这个意思），且整车差值法的差额里还混着车身侧泄压与渗透，拿它反标箱内模型必然标偏
• 以为 CFD 与台架对不上先该怀疑湍流模型或 y+——其实排查顺序是先查几何（有没有把该留的缝合掉，回 J2-06）、再查干/湿态系数、再查内漏；壁面处理主要影响壁温与局部换热系数，对多孔阻力主导的过芯风量并不敏感（口径同 J2-01）
• 以为本课能顺手交出「箱内非稳态噪声源场」——其实五讲通篇稳态口径，声类比要求的流场档次（URANS/LES）与「流场→噪声频谱」这一步归 J5-05，本课只交几何、边界、门位工况与稳态基线

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