כיצד מומלץ לכוון את המזגן ברכב ביום אוגוסט חם

הגיע אוגוסט, הילדים בחופש וכולכם עכשיו באוטו.

מתקבלות תלונות מהמושב האחורי – "אבא חם לי!", "אמא אני נמסה!"

אתם בבעיית חום. וכמהנדסים – יש לכם מה לעשות עם זה.

בכתבה הבאה (המבוססת על וובינר שהועבר בנושא) תוכלו:

• להבין טוב יותר את אפקט הקירור של המזגן ברכב.
• לבחור נכון יותר כיצד לכוון את פתחי מיזוג האוויר ברכבכם, בהתאם לכמות ומיקום הנוסעים.
• להתרשם מיכולות SOLIDWORKS FLOW SIMULATION ולבחון שימוש באנליזות זרימה ומעבר חום בתחום העשייה שלכם.

אז כמו שפתחנו, הסיטואציה הולכת להיות חמה: יום אוגוסט סטנדרטי, רכב עם שני נוסעים במושבים הקדמיים, ילד במושב האחורי ודילמה מרכזית אחת – כיצד לקרר מה שיותר מהר את חלל הרכב, בדגש על הסביבה הקרובה לילד.

תיאור הבעיה בתנאי הגבול, כפי שניתנו באנליזה:

• רכב עומד סטטי עם מזגן עובד במשך 15 דקות, כאשר הטמפ' ההתחלתית בחלל הרכב היא 35 מעלות צלזיוס.
• ספיקת האוויר דרך פתחי האוורור – 120 CFM אשר מתחלקים בין ארבעה פתחים (קדמיים בלבד).
• מקורות חום אקטיביים – שמשות וחלונות הרכב נמצאים בטמפ' קבועה של 60 מעלות.
• חקירת הזורם בלבד – למעט שמשות הרכב, כלל הגופים אינם משתתפים במעבר החום.

שלושת התרחישים הנבדקים:

1. כל פתחי האוורור מכוונים כלפי המרכז
2. כל פתחי האוורור מכוונים כלפי מעלה
3. שני פתחי אוורור פתוחים (מתוך הארבעה), מימין ומשמאל לנהג, כאשר על הפתח השמאלי מולבש שרוול (בקוטר 3 ס"מ) אשר מוביל את ספיקת האוויר ישירות מעל לראשו של הילד במושב האחורי

התכנסות (וסיום) האנליזה הוגדרה להיות אחת מהשתיים – או שהאוויר בסביבת הילד מתייצב על 24 מעלות בממוצע (פרמטר נוחות), או שהזמן הפיסיקאלי הגיע ל15 דקות (900 שניות) עבודה רציפה של המזגן. כלומר: אם סביבת הילד לא תגיע ל24 מעלות בתוך 15 דקות – האנליזה תיפסק.

את התכנסות שלושת המצבים ניתן לראות בגרף הבא:

למעשה, בשלושת התרחישים הטמפ' בסביבת הילד לא הגיעה ל24 מעלות בממוצע. אבל, ניתן להבחין בצורה ברורה כי הגרף האדום יורד מהר יותר ומתייצב נמוך יותר מהגרף הכחול והירוק, מה שמעיד שאם רוצים לקרר ילד במושב האחורי מה שיותר מהר – מומלץ לכוון את פתחי האוורור כלפי המרכז, ולא למעלה (בניגוד לאינטואיציה של אחוז ניכר מהמשתתפים בהדגמה).

כמו כן ניתן לראות שרעיון הובלת האוויר הקר בשרוול עד לסביבת הילד מתברר כלא יעיל ואף שגוי.

את טמפ' האוויר שמרגיש כל אחד מהנוסעים ברכב, ניתן לראות ויזואלית בהשוואה הבאה:

ננסה להסביר את הגורמים לתוצאות אלו באמצעות ניתוח שדה הזרימה בשני אופנים:

1. פתחי אוורור המכוונים כלפי המרכז לעומת פתחי אוורור המכוונים כלפי מעלה

כאשר הפתחים מכוונים כלפי המרכז, ליבת האוויר הקר זורמת בקו ישר למושב האחורי, מקררת את האוויר מהמרכז ולמטה וגורמת לאוויר חם לעלות כלפי מעלה מבלי "להסתחרר" עם הליבה הקרה:

כך נוצר מצב שליבת האוויר הקר "פוגשת" פחות אוויר חם, נשארת קרה יותר לאורך הזרימה ומצליחה לקרר מהר יותר את הילד במושב האחורי.

מצד שני, סיטואציה זו גורמת לשכבת אוויר חמה בחלק העליון של חלל הנוסעים, אשר ממשיכה להתחמם משמשות הרכב:

שכבה חמה זו גורמת לנוסעים (הגבוהים) מקדימה לתחושת חום באזור הפנים, כך שאמנם הרווחנו קירור מהיר של סביבת הילד אבל שילמנו על זה בתחושת חום מתמשך עבור הנוסעים מלפנים.

מצד שני, כאשר הפתחים מכוונים כלפי מעלה, האוויר הקר מסתחרר עם רוב האוויר החם בחלל הרכב, מה שגורם לו להגיע בטמפ' גבוהה יותר למושב האחורי:

בתרחיש זה סביבת הילד במושב האחורי אמנם מתקררת לאט יותר, אך שכבת האוויר החם שגורמת לאי נוחות אצל הנוסעים מלפנים – מתבטלת כמעט לחלוטין:

מכאן ניתן להסיק כי אם אנו נוסעים ברכב ללא נוסעים במושב האחורי, האופציה היעילה ביותר לקרר את עצמנו היא לכוון את הפתחים כלפי מעלה.

2. תוספת שרוול המסיע אוויר קר אל סביבת הילד

רבים מהמשתתפים בהדגמה הטכנית ענו כי דווקא האופציה השלישית, קרי הוספת שרוול להסעת אוויר קר לאזור הילד במושב האחורי (וסגירת שני פתחי אוורור על מנת להגביר את הספיקה דרך אותו פתח עם שרוול), תהיה העדיפה לקירור סביבת הילד.

בפועל חלופה זו החזירה את התוצאות הגרועות ביותר והייתה הכי פחות אפקטיבית.

הסיבה נעוצה בקוטר הצינור והתקררות ליבת האוויר הקר:

בתמונה זו ניתן לראות איך אוויר קר בטמפ' 20 מעלות, היוצא מתוך השרוול בקוטר 3 מ"מ, מתחמם לכמעט 30 מעלות עוד לפני שמגיע לראשו של הילד.

מכאן אנו למדים כי לקוטר ליבת הקור משמעות גדולה למדי – בקוטר נמוך האוויר הקר מתחמם במהירות דרמטית ואינו אפקטיבי כלל בתהליך הקירור.

בנוסף, אין וודאות שהגדלת קוטר השרוול תעלה את אפקטיביות הקירור שלו, כיוון שקוטר גדול יותר יגרור מהירות נמוכה יותר לאותה ספיקה נתונה (מתוך היחס בין שטח חתך למהירות: Q=VxA), מה שיתבטא בהתארכות פרק הזמן והתחממות האוויר הקר עד הגעה לסביבת הילד.

מסקנה זו משליכה כמובן גם על פתחי האוורור עצמם מבחינת קוטר אפקטיבי והספיקה המתאפשרת דרכם.

לסיכום, כאשר ישנם נוסעים במושב האחורי – מומלץ לכוון את המזגן כלפי המרכז (הסביבה האחורית תתקרר מהר יותר) ולאחר מכן כלפי מעלה (לקירור האוויר החם שיתרכז בחלק העליון של חלל הרכב).

ניתן לצפות בכלל ההגדרות, ניתוח התוצאות והסקת המסקנות, כמו גם טיפים טכניים להגדרת אנליזות דומות, בוובינר הבא:

תגיות: SOLIDWORKS FLOW SIMULATION | אנליסה | סולידוורקס | פתחי אוורור | קירור אוויר ברכב