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前两期分享了汽车CFD工程师 在空气动力学 和整车热管理 的日常工作，也得到了一些朋友的认可关注和评价，也算对自己大周末码字的一点小小肯定吧。按计划这一期将分享第三篇，空调与乘员舱舒适性分析篇。
随着汽车电气化的发展以及人们对汽车舒适性需求的日益提高，空调系统在汽车中的作用越来越重要，另外在新能源汽车 中，空调系统是仅次于驱动系统的能耗大户，对电动车的续航里程有着非常大的影响，此外空调系统还与电池包冷却 相关联，所以汽车空调系统的开发已经成为汽车研发过程中的重点工作。
对于一款汽车的空调系统来说，需要满足哪些需求呢？第一，空调系统能耗不能太高，不管是传统车还是新能源汽车，空调系统都不能成为油耗或者是续航里程的杀手。第二，空调出风口是内饰的重要组成部分，出风口的设计要满足人们审美的需求，这就和内饰造型相关，出风口必须好看，且符合内饰整体的造型风格。第三，出风口是实现空调功能的重要工具，空调出口风必须要能够实现吹面、吹脚、除霜的功能，满足乘员舱流场 、温度场合理分布的要求。第四，空调系统风道设计要满足压损、流量分配 以及总布置方面的要求。第五，空调系统需要能够满足综合性的舒适性指标，最终满足驾乘人员对于空调舒适性的主管评价。
在以上这些汽车空调开发需求的情况下，我们汽车CFD工程师在空调系统开发中将扮演一个什么样的角色呢？空调系统CFD工程师的主要任务是：开展空调系统的一维以及三维仿真工作，指导以及协助空调属性、所有关联件的设计工程师完成系统设计、选型、校核、优化等工作。具体内容包括：一维方面包括空调系统零部件选型，系统校核，乘员舱降温采暖过程仿真分析；三维方面包括风道压损 和流量分配分析优化，吹面、吹脚、除霜分析优化，这两大块是重点，并且存在大量的优化工作。另外三维方面还包括乘员舱温度场分析 以及舒适性评价分析，乘员舱温度场分析由于涉及瞬态过程仿真，一般分析的轮次会很少，对于舒适性评价分析，目前国内大部分还处于起步阶段，还没有形成完整的评价流程体系。由于工作量较大，一般来说一维和三维的仿真工作是由不同的工程师来完成。
空调系统CFD工程师研发过程中需要哪些人接触？首先是空调属性工程师，CFD工程师的任务就是指导和协助属性工程师完成属性开发，包括系统选型、设计和校核，通过仿真优化实现系统属性目标。其次是造型设计师，空调出风口是汽车内饰重要的组成部分，造型师前卫的风格设计常常让工程师哭笑不得，这一块CFD工程师往往说多了都是泪（可以省略一万字），需要有强大的心理能力去和造型师做PK。然后是内饰设计师，造型师完成设计后具体由内饰设计师完成零部件的具体设计，在设计细节、工艺等方面，CFD工程师都要和内饰设计师做好充分的沟通，让设计细节可以体现CFD优化工作。最后包括总布置工程师，空调系统控制和标定工程师等，风道优化工作常常需要总布置来协调，为风道的布置空间提供保障，控制和标定工程师可以为一维仿真提供控制策略。
汽车空调系统的开发流程是怎么样的？空调系统CFD工程师日常工作内容有哪些？
这里还是讲解以下四个阶段中CFD工程师的主要工作：竞品分析阶段 ，概念开发阶段 ，工程设计阶段 ，试制和试验验证阶段 。
1、竞品分析阶段
汽车空调系统在竞品分析阶段主要是对市场上竞品标杆车型进行摸底，了解竞品车型的汽车空调降温采暖除霜等性能，为设定空调系统属性目标做准备。这一阶段，一维CFD工程师需要了解竞品车型的空调系统降温采暖性能，如果能收集到竞品车型的空调系统部件参数，可以进行一些竞品车型的空调系统性能仿真，为后面项目开发做准备。三维CFD工程师重点是要了解竞品车型在空调系统设计上的细节，包括出风口的设计，布置情况，出风口上下左右极限的主观感受，考虑设计上是否存在不足，有哪些地方可以改进等等。
2、概念开发阶段
一般三维分析工作在这一阶段还未涉及，CFD的主要工作是进行一维分析。包括收集零部件参数，搭建系统模型，对空调系统原理设计进行校核，对关键零部件包括冷凝器、压缩机、膨胀阀、蒸发器等进行选型，对系统性能进行初步的评价。
3、工程设计阶段
工程设计阶段CFD开始大量介入。一维分析方面，结合三维流场的分析结果（主要是不同工况下冷凝器的风量）、乘员舱分析结果（主要是各个出风口实际风量）以及前期各部件的选型结果，分析规定工况下的降温采暖性能能否满足要求。三维分析方面，这个时候工作量就非常大了，CFD工程师需要根据造型和内饰的设计进行优化。具体包括风道压损和流量分配分析，要减小风道的压损，前后左右以及中央出风口的流量分配要满足要求。吹面模式分析，各个出风口的左右上下极限能够满足过肩、过头、过腰等要求，根据车型不同还会有前吹面、后吹面、B柱吹面、C柱吹面等等。吹脚模式分析，包括前吹脚、后吹脚，要保证气流能够均匀的吹到左右脚背上。除霜模式分析，包括主除霜、侧除霜，保证视野区范围内气流的流速超过2m/s，覆盖80%的视野区等。这里的每一项都是非常繁琐的工作，需要在跟造型和内饰设计充分沟通的基础上反复优化，最终达到设计目标。由于造型经常变动，有时候一版数据经过几个月时间将所有内容都优化的差不多了，然而如果造型风格改动导致设计变更，那么之前所有的优化工作将都白费，所有工作需要推倒重来，这也是这个工作劳心的内容之一。我在之前的公司就碰到过一些项目，一年前就已经开始的乘员舱流场优化工作，由于造型几次大的变动，以至于一年后还在同样的重复优化工作。另外实际上在优化过程中，由于造型、布置等原因，优化空间是有限的，并不是所有的设计都能满足性能目标要求，这个时候，让步接受也是经常看到的现象。
4试制和试验验证阶段
这一阶段样车下线了。还是一样，CFD工程师必须要亲自去试制车间查看样车状态，观察空调系统装车是否达到设计状态，空调风道以及出风口是否和设计状态一致。确定样车状态以后，要跟进空调试验，查看空调降温采暖性能是否达标，与仿真结果存在多大差异。流场方面，一定要去主观感受一些出风口的流速，上下左右极限与仿真结果是否一致，除霜效果如何。由于乘员舱流场无法通过试验来验证，仿真结果往往就是最终的验收状态，所以CFD工程师一定要去感受一下实车的吹面吹脚状态与仿真结果是否一致，这样才能提高CFD工程师主观评价的能力，也能够提高CFD工程师对结果判断的把握。最后根据试验结果，一维方面需要进行仿真和试验对标，三维方面也需要总结整个项目开发过程中的一些经验，优化的方法，为下一个项目开发做好准备。
作为一名汽车空调CFD工程师，需要掌握哪些专业技能？
技能方面还是和之前两篇中相似，包括软件能力、专业能力和沟通能力。
软件方面，使用较多的一维软件包括GT-Suite ，Flomaster ，Kuli , Amesim ，Cruise M 等。三维仿真方面目前国内主流的前处理软件包括Hypermesh 和Ansa ，STARCCM+ 也具备很强大的网格前处理能力，流场仿真软件包括STARCCM+和Fluent ，温度场分析还会用到Taitherm ，另外还有用于乘员舱舒适性分析的Theseus-FE软件。
专业能力方面，需要了解空调系统的基础知识，包括结构、原理等等。乘员舱流场仿真很重要的一块工作就是对风道结构以及出风口进行优化。需要具备较强的优化能力，这个需要有一定的工程经验积累，知道如何优化去实现目标。
沟通能力方面，前面也反复提到了，需要和造型、内饰、总布置等进行反复的沟通，过程非常繁琐，而且经常也会碰到相互扯皮推诿的情况，说实话非常心累，需要工程师有强大的耐心，高效的沟通能力，保证项目正常有序的进行下去。
汽车空调系统的发展方向
这里主要从CFD工程师的角度，简单谈谈汽车空调系统在今后开发中的一些趋势，主要包括以下几个方面：
（1） 空调出风口由传统形式向新形式转变
在出风口设计方面，随着造型风格的变化，越来越多的装饰性出风口以及隐藏式出风口成为设计的主流。装饰性出风口将出风口叶片结构同某一整体的内饰造型特征相融合，而隐藏式出风口则是通过结构创新，尽量减小出风口的高度，使得出风口同周围的造型特征相融合，总体上达到视觉上隐藏出风口的目的。如何让空调出风口既满足大众的审美需求，又能在功能上实现舒适的目的，越来越多的新形式出风口设计方案，对CFD流场的优化工作提出了更高的要求。
（2）三维瞬态仿真分析
目前关于乘员舱流场的优化工作主要是基于稳态仿真进行的。瞬态仿真方面各大企业也处于积极的探索阶段。瞬态仿真过程较为复杂，计算量也较大，影响因素多，目前仿真精度上和试验还存在一定的差距。相信随着数据的不断积累，模型的不断完善，瞬态仿真精度会越来越高，最终可以用于指导设计开发。
（3）舒适性评价方法和指标。随着对空调舒适性要求的提高，单纯的评价空调降温、采暖过程以及吹面、吹脚模型已经无法满足要求，空调系统开发需要有一套依赖于人主观感受的舒适性评价方法，如人体表面风速的大小，风温的高低，湿度的影响等等。目前对乘员舱舒适性评价方法和指标还处在起步阶段，方法还不是很成熟。未来随着舒适性开发的逐渐深入，通过人体的舒适性模型去指导和评价空调系统设计，可以更好的跟试验驾乘主观感受相结合。
（4）空调风噪。
空调风噪也是影响NVH性能的重要方面，如何通过仿真的手段找到噪声源，然后通过仿真优化降低空调风噪也是今后一个研发的重要方向。这块还会在下一篇中详细讲解。
以上是本期分享的内容，欢迎同行讨论指正。
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参考资料
https://www.auto-testing.net/news/show-97699.html
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