Для автомобилей может быть применен упрощенный метод расчета вентиляции от внешнего воздушного потока, аналогичный расчету аэрации зданий. Как указывалось, основной величиной, характеризующей качество вентиляции салона автомобиля, является интенсивность воздухообмена, приобретающая особое значение в летний период при малых разностях температур наружного и внутреннего воздуха. В качестве расчетной в таком случае принимают среднюю эксплуатационную скорость движения автомобиля.

Основной задачей при расчете вентиляции салона автомобиля является определение величины избыточного внутреннего давления. Даже при всех полностью закрытых люках, дверных и оконных проемах воздух проникает через неплотности в дверях, окнах и около рычагов управления, т. е. имеют место эксфильтрация или инфильтрация. При наличии открытых проемов величина избыточного внутреннего давления в большой степени зависит от направления и скорости наружных воздушных потоков, обтекающих автомобиль. Рассмотрим некоторые из возможных вариантов действия на автомобиль аэродинамических сил.

Предположим, что экс- и инфильтрация отсутствуют и при всех закрытых проемах давление в салоне автомобиля равно атмосферному. Снаружи на автомобиль действует аэродинамическое давление, характер распределения которого зависит в основном от формы кузова автомобиля. На рис. 125 и 126 было показано распределение давлений на поверхности кузовов автомобиля ГАЗ-24 «Волга» и автобуса ПАЗ-665 в вертикальной плоскости симметрии и горизонтальной плоскости на уровне окон. Воздухообмен происходит через окна и люки. Суммируя давления по площади закрытых люков и окон, можно определить действующие на эти проемы аэродинамические силы.

Рассмотрим упрощенную схему вентиляции автобуса через расположенные на его крыше люки. Откроем только люк 1 (рис. 135, а), оставляя закрытым второй люк и нарушим тем самым равновесие воздушных масс в салоне автобуса. Тогда внутри автобуса будет действовать лишь атмосферное давление, а снаружи в открытом проеме люка — сумма аэродинамического и атмосферного давлений. В результате произойдет приращение статического давления в салоне на величину р_у и через некоторый промежуток времени установится отношение

Таким образом, при одном открытом люке давление в салоне отличается от атмосферного на величину аэродинамического давления в области открытого люка. Если открыто несколько люков и окон, то избыточное внутреннее давление в салоне будет определяться площадью открытых проемов и действующими в них аэродинамическими силами. Избыточное внутреннее давление в этом случае

При p_ст>р_а получим р_у>0 и, наоборот, при р_ст<р_а будем иметь р_у<0.

Упрощенный метод расчета воздухообмена в автомобильном салоне возможен при следующих допущениях:

температура воздуха внутри и вне автомобиля одинакова;

положение люков и окон (открыты или закрыты) не влияет на характер обтекания автомобиля воздушным потоком;

избыточное давление в салоне одинаково во всем его объеме;

движение воздуха в салоне установившееся.

Рис. 135. Упрощенные схемы вентиляции салона автобуса:

а—при одном открытом люке; б—при двух открытых люках; в—при одном открытом люке и двух открытых окнах

В дальнейшем при уточнении расчета можно отказаться от сделанных допущений и перейти от решения наиболее простых задач к более сложным.

Для автобуса, движущегося с двумя открытыми люками (рис. 135, б), давления в области этих люков p₁ и p₂ можно определить через величину скоростного напора

Предположим, что р₁>р₂>р_a. Для воздушной струи, входящей в салон через люк 1, напишем уравнение Бернулли для двух сечений:

где v и v₁ — скорости соответственно свободного воздушного потока и потока в сечении струи, проходящей через люк; ζ — коэффициент потери напора. Аналогично для второго люка

где v₂ — скорость потока во втором люке.

Подставив в уравнения (76) и (77) значение р_ст — р_а (75), получим

Количество воздуха, проходящего через люки в единицу времени,

где А₁ и А₂ — коэффициенты сжатия струи; F₁ и F₂ — площади проемов; y₁ и у₂ — удельные веса воздуха.

Найдя из уравнений (78) значения v₁ и v₂ и подставив их в (79), получим

Решение этих уравнений становится возможным, если известно р_у.

Из уравнения неразрывности потока G₁ = G₂. Введем обозначение коэффициента p_y=(p_y/q), который аналогично коэффициенту давления р характеризует внутреннее давление в салоне.

Назовем р_у коэффициентом внутреннего давления. Его величина будет зависеть от коэффициентов давления у открытых проемов и от их площадей. При двух открытых проемах

В формулы (79) подставим значения р_у или р_у. В последнем случае, используя формулу (80) и принимая у₁ = у₂ = у;

получим

Для трех открытых проемов в случае μ₁ = μ₂ = μ₃ и при условии, что через второй и третий проемы происходит вытяжка (рис. 135, в), можно получить

Используя уравнения (81), получим

Таким образом, если одновременно открыты три проема, то расчет значительно усложняется. Следовательно, аналитическое решение задачи определения воздухообмена для салона с числом одновременно открытых люков или окон более трех становится исключительно сложным. Это заставляет искать графические методы решения подобных задач.

Автор: Е.В. Михайловский