某商用车除霜风道CFD分析及结构优化
汽车风挡玻璃除霜效果CFD分析
10.16638/ki.1671-7988.2021.010.020汽车风挡玻璃除霜效果CFD分析王东(苏州建设交通高等职业技术学校汽车工程系,江苏苏州215000)摘要:霜是由冰晶组成,是空气中的相对湿度到达100%时,水分从空气中析出的现象。
汽车挡风玻璃表面的霜是由于挡风玻璃温度低于0℃时,接近地表空气中的水汽直接在玻璃上凝华而成。
在日常用车过程中,也会出现汽车前挡风玻璃表面被一层霜所覆盖的情况。
此时车主往往会选择使用汽车除霜功能,其本质是从前挡风玻璃下方吹入热空气,以融化挡风玻璃表面的霜,从而达到除霜的目的。
文章通过流体力学软件分析揭示了汽车除霜的过程。
关键词:除霜;玻璃;分析中图分类号:U463.85 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2021)10-71-02CFD Analysis on Defrosting Effect of Automobile WindshieldWang Dong(Department of Automotive Engineering, Suzhou Institute of Construction & Communications, Jiangsu Suzhou 215000)Abstract: Frost is composed of ice crystals. It is a phenomenon of water precipitation from the air when the relative humidity in the air reaches 100%. When the temperature of windshield is lower than 0 ℃, the water vapor in the air close to the ground surface condenses on the glass directly. In the daily use of cars, the front windshield surface will be covered by a layer of frost. At this time, car owners often choose to use the car defrost function. Its essence is to blow hot air under the front windshield to melt the frost on the windshield surface, so as to achieve the purpose of defrosting. This paper reveals the process of defrosting through the analysis of fluid dynamics software.Keywords: Defrost; Glass; AnalysisCLC NO.: U463.85 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)10-71-02前言霜冻在秋、冬、春三季都会出现。
某重型车前挡风玻璃除霜分析及结构优化
某重型车前挡风玻璃除霜分析及结构优化作者:张克鹏运伟国来源:《CAD/CAM与制造业信息化》2014年第10期通过CFD方法对某重型车空调除霜性能进行了分析,得到前挡风玻璃上的速度分布、驾驶室内流场分布及不同时间的霜层厚度,进而对除霜出风口进行优化设计。
对优化后的结构再次进行除霜分析计算,结果表明,优化除霜出风口后的除霜效果能很好地满足国家相关标准要求,分析方法及结果能够为重型车的空调除霜系统设计提供理论依据。
一、引言当驾驶室挡风玻璃温度低于水蒸汽的凝固点时,玻璃外侧会形成一层霜,霜的存在会严重影响驾驶员的视野。
因此,车辆除霜性能是否达到相关国家相关标准要求是衡量整车性能好坏的一项重要指标。
国家标准要求在规定的时间内除掉一定范围内的积霜。
要达到这项要求需要保证从出风口喷出的暖风能较均匀地分布在挡风玻璃上。
目前对于车辆除霜性能的研究主要集中在小轿车和轻型客车方面。
随着经济的发展,市场对重型车的需求日益增大,对于重型车除霜性能的研究也比较迫切。
本文运用STAR-CCM+流体仿真软件对某重型车驾驶室挡风玻璃的除霜过程进行数值模拟,得到该重型车的除霜性能,并根据分析结果对原结构进行优化改进,避免了由于传统试验所造成的浪费,为重型车的除霜系统设计提供参考依据。
二、控制方程车辆挡风玻璃除霜过程中,驾驶室内流场达到稳定状态的时间比通过挡风玻璃的传热融冰需要的时间短,所以一般通过2个步骤进行除霜性能模型:(1)通过连续性方程和能量方程的求解,确定除霜出风口和驾驶室内的稳态求解过程;(2)从流场的稳态求解获得能量方程的瞬态求解来计算整个流场区域的瞬态温度场和冰层的融化情况。
1.稳态流动模型除霜出风口和驾驶室内的壁面是非剪切边界,考虑到湍流的影响,文中选用STAR-CCM+中提供的Realizable k-ε湍流模型进行数值计算。
湍流控制方程为三维不可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程。
为了使方程组封闭,必须对雷诺应力做出假设,即建立应力表达式或引入新的湍流模型方程,通过这些表达式或湍流模型,把湍流的脉动值与时均值联系起来。
汽车空调除霜性能的CFD模拟
汽车空调除霜性能的CFD模拟The CFD Simulation of Auto Air Condition DeicingPerformance张建立1,赖征海,邹治(沈阳华晨金杯汽车有限公司研发中心,辽宁 沈阳 110044)王硕2(北京中流汉泰科技有限公司,北京 100096)关键词:除霜;风道;网格;数值模拟;CFD摘要:汽车空调除霜性能对汽车驾驶和交通安全非常重要,本文利用CFD方法对某型汽车的除霜性能进行了分析,并对除霜风道进行了改进,最终得到了满足设计要求的除霜系统。
Abstract: The deicing performance of auto air condition is very important for driving and traffic safety.This paper discusses the application of the CFD method in our automobile in deicing simulation,and introduces how we modify the deicing duct and get a good result.Keyword: Deicing;Ventilation duct;Numerical simulation;Computational Fluid Dynamics1前言冬天气温下降到零度以后,停在户外的汽车玻璃上会结上一层冰霜,特别是在我国北方地区,结在汽车玻璃上的霜冻会严重影响驾驶员的视野,对行车安全产生危害。
因此,有效的除霜系统是十分必要的,它应该尽可能快地除去车窗玻璃上的霜层。
为此SAE发展了一套工业标准,包括标准的试验过程和汽车前风挡除霜系统的性能指标。
不同的国家和不同的汽车制造商也有自己对此的标准,在国内GB11555-94对汽车的除霜系统性能做出了严格的规定[2]。
本文主要介绍了在某车型的除霜系统的开发过程中,利用CFD软件STAR-CD对其进行了稳态情形下的全热除霜模式下的CFD分析,得出了除霜风道各出风口的风量分配,风道和乘客舱内的速度矢量和压力分布,特别是前挡风玻璃和前侧窗上的速度矢量图。
除霜吹面CFD分析(15页)
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侧除霜瞬态分析
5、结论
瞬态计算表明: a)20分钟时,A区霜层融化100%>80%,达到要求; b)40分钟实验结束,B区霜层融化100%>95%,达到要求。 综上,侧除霜性能满足要求。
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侧除霜瞬态分析
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除霜瞬态分析
除霜瞬态分析
目
录
1、分析背景----------------------------------------------3 2、分析模型----------------------------------------------4 3、分析内容----------------------------------------------5 4、瞬态计算结果------------------------------------------7
3
侧除霜瞬态分析
2、分析模型
侧除霜分析计算模型由除霜风管、风窗玻璃、仪表台上部、方向盘及前排座椅,再加上驾驶 舱大致形状组成,如下图所示:
图1:侧除霜分析模型图1
图2:侧除霜分析模型图2
4
侧除霜瞬态分析
3、分析内容
为验证侧除霜稳态计算结果,现进行瞬态计算: 按照稳态的流动模式,给定除霜风道入口处空气的温度-时间加热曲线,由于没有试验数据这 里根据经验给定(初始温度为-18℃{255K},平衡温度为52℃{325K})。随着空气的加热,气 流将能量不断地传递到玻璃上,由于环境温度为-18℃,在此过程中,传递到玻璃上的能量 又会被外界的冷空气吸去很大一部分。在考虑与外界进行热交换的情况下,当玻璃上获得 的能量达到霜的融化值时,霜层开始融化,除去与外界冷空气交换掉的热量,当玻璃上获得 的能量能够使霜层全部融化后,即认为霜层不复存在。入口出被加热的空气的温度-时间曲
基于CFD的某商用车HVAC除雾性能分析及优化
基于CFD的某商用车HVAC除雾性能分析及优化作者:莫荣博来源:《企业科技与发展》2019年第05期【摘要】为了解决客户提出改善某重型商用车驾驶室前挡风玻璃除雾性能的问题,基于流体力学、传热学理论建立驾驶室机舱模型,通过CFD数值模拟分析方法,研究并分析室内流场环境,获得空调系统(HVAC)除霜除雾的主要影响因子。
提出散点分布速度测试方案,结合风速仪器探究室内流场真实环境,论证空调系统的除霜除雾能力,验证建模与仿真分析的有效性和准确性,结果表明仿真分析与试验结果基本吻合,最后通过优化出风口提升除雾性能,为汽车风窗除雾提供了有效的试验方法与设计依据。
【关键词】数值仿真;流场;CFD;除雾性能;除雾试验【中图分类号】U463.851 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688(2019)05-0056-03 汽车作为人们出行的重要交通工具之一,其安全性至关重要,而车辆前窗结霜或结雾将直接影响汽车的正常实用和行驶安全性。
因此,各国都将除霜作为汽车性能的一项重要指标,并出台相应的法规、标准。
我国国家标准《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》(GB 11555—2009)也要求在规定的时间内除掉一定范围内的积霜积雾[1]。
目前,对于车辆除雾性能的研究主要集中在小轿车和轻型客车方面。
随着物流业的高速发展,市场对重型卡车的需求日益增大,对于重型卡车除雾性能的研究和应用也逐步得到重视[2]。
而前挡风玻璃除霜除雾效果与HVAC的设计和性能息息相关,传统商用车前挡风玻璃的除雾风道设计主要参考国外同类产品,同时结合自身经验进行设计,再通过试验完成验证。
该方法无法了解风道内部空气流动及出风在风窗玻璃近壁面速度分布情况,而且设计周期长、试验费用高[3]。
随着计算机辅助设计应用的成熟和推广,数值模拟分析手段逐步应用于HVAC空调系统设计,并在其早期开发和优化与改进中得到应用[4]。
然而,重型商用车驾驶室流场环境目前并无明确的测试方法,主要参照《汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》,通过环模试验进行对汽车空调除霜除雾性能试验,依据相关结论来简单评估室内流场环境,但该标准适用范围仅局限于M1类车型,对N类载货汽车没有相应标准[5],仅依靠该标准进行评估,难以满足重型商用车除霜除雾性能测试,而且在设计开发之初无法获取室内环境参数,后期改动则耗费大量成本与增加开发周期[6]。
汽车空调除霜风道分析及结构优化
收 稿 日期 :0 90 —3 2 0—41
等) 为常数; 流动为稳态流动 ( 速度 、 压力 、 温度等 不 随时 间变化 )不 考虑重 力 和温度 的影 响 。计 算 ;
An lssa d sr cu eo t iain fra t AC er si u t ay i n tu tr p i z to o u oHV m d fo t ngd c
TAO — n , XU h— a Qi mi g Z i o, XI Gu n -e b A a gf i
数模 的复杂性 , 不 影 响计 算 精 度 的前提 下 对 模 在 型做 了一 些简 化 处理 , 以减 少 网格 总数 及 计 算 时 ()边界 条件 及求 解设 置 。固体 区与 流体 区 2 的物性 参 数r ( 固体 的密度 、 2如 ] 流体 的密度 与粘 度
问。但是关键部 件如扰流板、 风道内壁未作任何 简化 。从 C ATI 中导 出 I S格 式 的数 模 , 导 A G 再
( c n lg e tr Ja g u i tmo i o t ,Hee 2 0 0 ,C ia Teh oo yC n e , in h a Auo bl C .L d e fi 3 6 1 hn )
A src : ef w edis ea t aig Ve tain a dAi C n i o ig HV b t tTh l f l i u o Het ni t n r o dt nn ( AC)d fo t gd c n — a o i nd n l o i er si u t sa a n i lzdi eal o eti r n f uob F meh d Th t d dctsta h i fu f u t u lt y e d tifrac ranb a do t yC D t o . n a esu y i iae h t earl xo c te n t d o
基于CFD方法优化汽车除霜风道
【 关键词 】 汽车
除霜风道
C F D
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 0 0 7 - 4 5 5 4 . 2 0 1 6 . 1 2 . 0 6
0 引言
随着 汽 车工 业 的 发 展 , 汽 车 行 驶 的 安 全 性 能 越来 越 重 要 。寒 冷 的环 境 下 汽车 的玻 璃 易结 霜 , 严重 影 响驾驶 员 的 视 野 , 对 汽 车 的 行驶 安 全 产 生 危害 , 所 以 优 化 汽 车 空 调 的 除 霜 性 能 越 来 越 重
t h e d e f r o s t d ue t a n d t h e a i r o u t l e t g r i l l e .S t e a d Y s l a t e s i mu l a t i o n r e s ul t s s h o w t ha t lo f w d i s t r i b u t i o n o f f o u r o u t l e t s i s n o t u n i f o r m a n d t h e f r o n t wi n d O W a n d t h e s i d e wi n d o w s pe e d d i s t r i bu t i o n i s n o t u n i f o r m.
基于 C F D方法优化汽车 除霜风道
王 召 婧 陈 明 徐 政 张 小 矛 张 烨 (1 海汽车集团股份有限公司技术 『 1 1 心, I 海2 0 1 8 0 4 )
【 摘要 】 应用C F D 方法, 对某 汽车 空凋除霜风 道进行 稳态仿真分析, 并根据仿真结 对除霜风道和出风
要 。除 霜性能 作为 国家 标 准 中强 制 检测 的一 项
某重型载货车空调系统CFD分析与优化
某重型载货车空调系统CFD分析与优化作者:暂无来源:《智能制造》 2017年第1期撰文/ 一汽解放汽车有限公司吕东陈涛郝勇王永康本文针对某重型载货车空调风道系统进行流态仿真数值分析。
计算结果显示,原始方案的出风口气流流量分配不合理,主驾驶员侧的热舒适性较差。
基于此对空调风道进行改进,在风道出口附近增加内部导流板并进行优化,有效地改善了出风口的气流分布,使风量分配更加均匀,明显提高了驾驶室的舒适性。
随着经济的发展,汽车市场的竞争愈发激烈,人们对汽车性能以及舒适性的要求也逐步提高,因此空调系统的设计变得至关重要。
车厢内部空间有限且封闭,空调风道系统于气流布局的合理性将直接影响驾乘人员的身心健康,合适的温、湿度和新鲜的空气会缓解驾驶员的疲劳,提高行车安全性。
近年来,随着计算机的迅猛发展,计算流体力学(CFD)在汽车空气动力学方向开创了新的研究方法,能够真实有效地模拟气流流动并快速获取流动特性参数,分析气流布局的合理性,进而对空调风道系统进行优化改进设计。
20 世纪90 年代,Yamamot 对卡车驾驶舱进行了简单的流场数值模拟,同时编写了用于评价热舒适性的程序。
通过对比试验数据,发现吻合性良好。
2007 年,安徽江淮汽车公司的霍长宏等人基于CFD 方法对某轻卡驾驶室除霜风道出口流量分配、速度场和压力场进行了分析,并对风道进行了改进。
2011 年,芦克龙,谷正气等人对某重型货车空调系统及驾驶室气流分布进行了仿真计算,并与试验值对比,针对风量分配不均的问题对风道进行了改进。
在对载货车空调的研究中,大部分学者侧重于通过调整结构数据的方法进行改进,并未系统地采取更为详细的优化设计。
基于此,作者将待改进结构定义设计变量,并取40 组样本进行参数优化,得到更加合理的优化结果。
本文采用STAR-CCM+ 软件,对某重型载货车的空调吹面风道进行流态数值模拟,得到出风口的流量分布,并与实车测试值进行对比,进而分析流量分布的合理性,实施优化方案设计,提高了驾驶室的舒适性。
汽车空调除霜风道分析及结构优化_陶其铭
1 数值计算模型
(1) 几何模型及网格划分 。图 1 所示是某汽 车除霜风道的几何模型和网格模型 。该款车的除
霜风道由 1 个入口和 6 个出口组成 。考虑到工艺 数模的复杂性 ,在不影响计算精度的前提下对模 型做了一些简化处理 ,以减少网格总数及计算时 间 。但是关键部件如扰流板 、风道内壁未作任何 简化 。从 CA TIA 中导出 IGS 格式的数模 ,再导 入至 Hypermesh 中 ,进行前处理 ,得到一个封闭 空间的计算域 。将 Hypermesh 处理后的网格模 型导入 S TA R2CCM + 后 ,经检查没有几何错误或
(江淮汽车股份有限公司 技术中心 ,安徽 合肥 230601)
摘 要 :文章运用 CFD 方法对某款汽车空调除霜风道内部流动进行了详细分析 ;研究显示 ,该空调除霜风道 各出风口分风比不合理 ,且内部存在较多大尺度或小尺度的涡流 ,这些涡流主要是由除霜风道内部扰流板结 构不合理造成的 ;为消除涡流 、改善除霜风道的流场特性 ,对该除霜风道的内部结构进行了优化设计 ,改进效 果显著 。 关键词 :汽车空调 ; 除霜风道 ; CFD 方法 中图分类号 :U463. 851 文献标识码 :A 文章编号 :100325060 (2010) 0420498203
(1) 去除中左和中右出风口小扰流板 , 优化
500
合肥工业大学学报 (自然科学版)
除霜风道中间扰流板的形状 ,如图 7 所示 。 (2) 对除霜风道截面结构进行圆滑过渡处
理 ,调整风道的转折半径 ,最大限度地消除风道内 部的大涡流 ,如图 8 所示 。
第 33 卷
图 11 优化后除霜风道表面压力云图
图 7 除霜风道内部扰流板修改前后对比
图 12 优化后除霜风道出风口速度矢量图
采用CFD稳态和瞬态分析技术提升车辆除霜性能
汽车空调的除霜性能直接影响驾驶员视野情况和驾驶安全,是衡量空调系统性能的关键指标。
CFD 分析能够验证空调系统设计的合理性,可以为设计改进提高依据,大大缩短开发时间[1]。
本文中的车型客户感知除霜模式下副驾位置除霜效果不佳。
为了提升性能本文利用STA-CCM+仿真软件进行问题排查和性能提升。
1 模型建立 本分析所建的设计模型包括空调主机(HVAC)、除霜风道、格栅、封闭乘员舱(方向盘、仪表台、ABC 柱、风窗等)。
其中前风窗根据国标要求[2]进行A 区A`区B 区划分,侧风窗根据驾驶员视野范围进行视野区/非视野区划分,根据除霜气流出口位置划分为左侧、中左、中右、右侧风口,图1为本车型的模型视图。
图1 本车型除霜分析模型视图 在前处理软件Hyper-mesh 中对以上所述的数模进行网格划分后进入Star-ccm+软件中进行分析。
模型选用带边界层的多面体网格,空调系统蒸发器和散热器采用无边界层的多孔介质处理。
本车型所用空调风机除霜模式下最大风量325.6m 3/h。
2 问题排查 经分析,原设计四个出风口的风量分风比符合设计要求,且问题所指的副驾位置风口风量比主驾风量更大。
如表1所示。
排除由于风量分配而导致的问题。
表1 原设计除霜风口分风比分风比%左侧中左中右右侧原设计11.8837.9338.8111.39设计要求10±340±340±310±3 通过分析前窗玻璃表面最大风速覆盖区域状况,可以看出副驾位置(A`区)风速有明显的低风速区(风速≤1m/s),符合客户感知的副驾除霜效果不佳的情况。
主驾位置(A 区)左上角也有小面积低风速区,侧风窗视野区没有低风速区。
如图2所示。
所以设计需要改进前风窗表面高风速覆盖区域。
图2 原设计风窗表面最高风速覆盖云图3 改进方案描述 通常改进风窗表面风速覆盖状况可以通过改进出风口格栅设计、仪表台风口造型设计、仪表台出风口开口面积设计等措施。
CFD分析方法在除霜风道设计校核及改型优化中的应用
Ke od : e e omac f e ot n e s; o p tt n uddn m c( F )nls ;dc yW rs t r r neo f s addmi cm ua oa f i y a i C D a a i ut h pf n l tc lM e h d o e k n sg n t i a i n p i t n o D a y ia t o n Ch c i g De i n a d Op m z to ci i
W U ng Ga
(c ol f c aia a dA tm t eE g er g H fi nvr t o T c nl y H fi 3 0 9 C ia Sh o o h ncl n uo oi n i e n , ee U i sy f eh o g , ee 2 0 0 , h ) Me v n i e i o n
引言
汽 车 风窗 玻璃 的除 霜 、 除雾性 能对 驾 驶 安全 具 有 重要 的意 义 。国 内外 已有 众 多学者 对 除霜性 能做
优 风道数 据制 成 了简 易风 道样 件 后进行 装 车 ,并 在 低 温环境 舱 内做 了除 霜验证 试验 。
1 设 计 流 程
进行空调 风道 的 C D分析使用 的是 F U N F LE T 软件 。F U N L E T是一 个 用于 模拟 和分 析 在复 杂几 何 区域内的流体流动与热交换问题 的专用 C D软件。 F FU N L E T提供了灵活 的网格特性 。用户可方便地使 用结 构 网格 和非结构 网格对各 种 复杂 区域进 行 网格 划分 。 于二维 问题 。 生成 三角形 单元 网格 和 四边 对 可
基于CFD的汽车空调除霜性能分析及优化
基于CFD的汽车空调除霜性能分析及优化王凯晨;王淑坤【摘要】The Computational Fluid Dynamics ( CFD ) method was used in this study to test the defrosting effect of the air conditioner vents in a car of a certain brand .And the defrosting effect on the windscreen was simulated ,build a model of the vents and the car ,and the software was used to simulate the air flow in it ,after which ,the vectogram of the simulated defrosting effect and the air flow could be obtained .The dissertation analyzed the vectogram of the simulated defrosting effect and the air flow got from the simulation to learn the distribution of the velocity field ,the flow distribution at the air outlets and the deicing performance .Against the shortcomings ,the structure of the vents was optimized improve the original one .%本研究运用计算流体动力学(CFD)方法对某款汽车空调除霜风道的除霜效果进行考察,对挡风玻璃上的除霜效果进行模拟实验,建立汽车风道与车厢的模型,运用软件对其内部气流流动进行模拟,得到模拟的汽车除霜空调除霜效果以及空气流动矢量图.通过对模拟所得的汽车空调除霜效果以及空气流动矢量图进行分析,得出速度场分布,出风口流量分配和除冰性能情况,并针对其中的不足点对风道结构进行优化,改良原风道设计.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2018(035)005【总页数】5页(P72-76)【关键词】挡风玻璃;除霜;风道;计算流体动力学(CFD)【作者】王凯晨;王淑坤【作者单位】长春理工大学机电工程学院,吉林长春 130022;长春理工大学机电工程学院,吉林长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TH122随着人们生活水平的提高,在购买汽车时都有了更多的选择,为了让更多的消费者选择自己满意的产品,各大汽车企业都在不断的提高自身产品的竞争力.而在冬季冰雪交加的东北地区,挡风玻璃易结霜的问题始终困扰着人们,这些厚度达到0.5~1 mm的霜层会将汽车前挡风玻璃的视野全部挡住,使驾驶员观察不到前方的情况,导致无法正常的驾驶车辆,严重时更会导致交通事故的发生.因此,关系到汽车的舒适性与安全性的除霜系统的能力便成为了消费者衡量车辆性能的一个重要指标[1].在传统的设计方法中,通常基于以往的设计经验进行结构设计,之后制造实物模型进行环境模拟实验,这样实验测试出的结果可信性高.但是依赖经验进行的设计无法保证一次成型,往往需要多次实验,这就会导致实验的周期变得很长,而且会耗费大量的资金,有时还会受到实验设备、实验环境的影响.而CFD技术的应用弥补了传统方法的不足,将计算流体力学数值模拟技术与除霜风道的开发设计进行结合,运用计算机软件技术模拟气流在除霜系统运行时的流动状态,通过数值分析的方法得到车厢内部温度场、速度场的分布,模拟霜层瞬态变化情况,从中发现影响除霜效果的各个因素并进行优化.由于运用CFD技术进行设计,几乎所有的实验都在计算机中完成,这样会节省大量的时间和金钱,因此许多汽车公司和相关机构的学者在此方面都大量的投入人力物力.本文采用CFD方法,建立空调风道模型,对稳态性能进行分析,以此为基础指导相关的优化,达到提高空调除霜性能的目的.1 空调除霜风道CFD计算数学模型空调风道的CFD计算过程中主要关注风道内部冷流场信息,计算过程中不考虑空气压缩性,其控制方程及湍流模型如下[2]:质量守恒方程:(1)x、y和z三个方向的动量守恒方程:(2)(3)(4)标准k-ε模型是典型的两方程湍流模型,该模型是目前使用最广泛的湍流模型.在标准k-ε模型中,湍动能k和湍动能耗散率ε为两个基本未知量,与之相对应的输运方程为:(5)(6)湍动粘度μt可表示成k和ε的函数,即:(7)方程中的五个经验常数分别为:Cμ=0.09,σk=1.00,σε=1.30,Cε1=1.44,Cε2=1.92.2 汽车除霜系统仿真模型的建立2.1 汽车除霜系统模型建立汽车除霜系统主要由暖通空调系统与除霜风道两部分组成,由暖通空调系统产生暖风,之后由除霜风道将暖风导流并喷射向车窗.暖通空调系统,简称HVAC(Heating,Ventilation and Air Conditioning),几何模型如图1所示.暖通空调吸入新鲜空气并将其送进热交换机中,与热源进行热交换获得热量,使空气的温度提高,之后将加热后的空气送入空调风道中[3,4]. 除霜风道则是连接HVAC与车厢内部的通道,几何模型如图2所示.图1 暖通空调系统模型在除霜风道的各部分中,主除霜风道与两侧除霜风道组成导流结构,引导并分流暖风到达各个出风口,之后由出风口的结构决定暖风射流的前进方向[5].除霜风道的结构会影响到各出风口的风量分配比例以及从进入除霜风道到由出风口射出这个过程中压力的损失情况.本次实验选用的除霜风道结构来自某公司的某款车型,这款车型的除霜系统效果未能达标,需要进行改进.图2 除霜风道模型2.2 导入模型与网格划分首先导入HVAC模型,并将暖通空调的暖风排出口设定为入口,如图1所示.之后导入除霜风道部分模型,并将其入风口与暖通空调暖风排出口组合.最后导入汽车车厢模型,如图3所示.所导入的汽车车厢模型与完整汽车相比,去掉了车头、车尾等部分,只保留车厢内部的结构.由于车厢内部空间结构会对流体流动情况产生影响,所以在车厢内部的座椅、中控、方向盘、后视镜等结构都表现在模型中,保证车厢内部细节与实车相同.另外设置车厢后部后备箱隔板为出口.图3 汽车车厢模型之后应用STAR-CCM+进行网格划分,采用多面体网格生成器,最后生成网格如图4所示,共有网格7 752 242个.图4 模型生成网格2.3 边界条件设置物理模型使用K-Epsilon湍流模型,设定空气为不可压缩气体,其动力粘度1.855 08e-5Pa-s,密度1.184 15 kg/m3.同时设定入口边界条件为质量流量进口,质量流率为0.108 5 kg/s,出口边界条件为压力出口,设定其它边界为壁面边界.2.4 除霜系统设计要求除霜风道是空调机与车厢内部沟通的通道,热气通过除霜风道喷射到挡风玻璃内侧表面,将热量传导到挡风玻璃上融化挡风玻璃外表面的霜层,同时也能防止挡风玻璃内表面发生结雾现象.除霜系统的除霜效率能否达标,关键点在于除霜风道和出风口的结构能否使发射出的喷射气流到达合适的位置和方向.同时除霜系统产生的气流必须有足够的动量和速度,保证气流能够遍布整个前挡风玻璃和侧玻璃的内表面.在本次实验中对设计方案提出的要求是:前风窗A区、B区范围内玻璃内表面附近风速大于2 m/s,A区风速大于2 m/s区域应大于A′区风速大于2 m/s区域;C区、C`区风速应大于1.5 m/s[6].3 除霜仿真模拟对方案进行CFD分析,得到各出风口风量分配见表1,前挡风玻璃风速分布见图5,左、右车窗风速分布见图7.表1 各出风口风量分配位置出风量(kg·s-1)出风比例/%压力损失/pa左侧风道0.004123.8152.2中央左侧风道0.04541.11127.4中央右侧风道0.05450.47129.3右侧风道0.004023.71%160.5总体0.108638图5 前挡风玻璃风速分布(仅显示≥1 m/s区域)图6 左、右侧窗玻璃风速分布(仅显示≥1 m/s区域)综合图、表进行分析可以发现,虽然除霜系统在前挡风玻璃表面的风速分布完全符合设计要求,但中央左、右风道所占出风比例过大,使得左、右侧除霜风道风量几乎没有.这就导致左、右侧窗表面风速过低,没有任何一个位置的风速超过2 m/s,与设计要求相差甚远.而且左、右侧车窗表面气流中心区域都在需要重点除霜的C、C′区域下方,说明左、右侧除霜风道出风口射出的射流方向产生了问题.上述分析显示,现有的除霜风道不符合设计要求,除霜风道结构如图7所示,综合参考文献[7-11]和行业经验,对除霜系统提出如下优化策略:(1) 计划修改两侧除霜风道结构,加大侧除霜风道末端横截面面积并调整侧除霜风道出风口叶片角度,旨在对两侧玻璃表面风速分布进行优化.(2) 计划对主除霜风道导流结构进行优化,加大中央左侧风道出风比例,旨在平衡主除霜风道左右出风口的出风比例.优化后的除霜风道结构如图8所示.图7 整体风道结构图8 优化后整体风道结构对优化后的除霜风道结构进行分析,得到各出风口风量分配见表2,前挡风玻璃风速分布见图9,左、右车窗风速分布见图10.表2 优化后各出风口风量分配位置出风量/(kg·s-1)出风比例/%压力损失pa左侧风道0.014013.0128.6中央左侧风道0.036133.5132.3中央右侧风道0.043740.6133.8右侧风道0.013812.9129.4总体0.1076-629通过分析可以发现,在进行优化之后,在前挡风玻璃上,A区、A`区整体风速在2.8 m/s以上,B区大部分区域风速在2.8 m/s以上,平均风速达到设计要求.左、右侧窗玻璃上的气流中心区域都在观察后视镜视野区域之内.左侧窗玻璃表面有很大一部分区域风速达到2.2 m/s以上,气流中心区域面积达到车窗大半部分,并且风速达到3 m/s,气流中心区域完全覆盖了观察后视镜视野范围;右侧窗玻璃表面同样有很大一部分区域风速达到2.2 m/s以上,气流中心区域面积达到车窗大半部分,并且风速达到3 m/s,同样气流中心区域完全覆盖了观察后视镜视野范围.总体来说,在优化之后除霜风道已经能够达到设计要求.图9 优化后前挡风玻璃风速分布(仅显示≥1 m/s区域)图10 优化后左、右侧窗玻璃风速分布(仅显示≥1 m/s区域)4 结论本文通过CFD系列软件之一STAR-CCM+,建立汽车空调除霜风道模型并对其进行数值模拟分析,将汽车空调除霜风道结构与经过数值分析得出的挡风玻璃表面速度分布云图相对应,综合两方面进行分析,最终得出最优的结构和理想的风量分配比例,并得出如下结论.(1)当侧除霜风道所获风量分配比例过低时,扩大侧除霜风道截面可以使更多风量导流向侧除霜风道.(2)主除霜风道中央导流结构对中央左、右风道截面积的分配会影响到中央左、右风道的风量分配.(3)侧除霜风道射出的射流是否能准确抵达侧窗最需要除霜的区域,重点在于侧除霜风道出风口处的叶片是否调整到正确的角度.【相关文献】[1] 朱娟娟,苏秀平,陈江平.汽车空调除霜风道结构优化研究[J].汽车工程,2004(26):6-10.[2] R.Rahimi,D.Abbaspour,Determination of pressure drop in wire mesh mist eliminator by CFD[J].Chemical Engineering and Processing,2008(47):1504-1508.[3] 张蕾.汽车空调[M].北京:机械工业出版社,2006.[4] 陈佳.双蒸发器汽车空调HVAC总成及除霜风道的流动分析[D].重庆:重庆大学,2013.[5] 钟凌.浅析汽车空调除霜风道设计[J].研究与开发,2015(3):49-52.[6] GB 11555-2009.汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法[S].[7] 陈杨华,冯英.某型汽车空调风道的CFD数值模拟计算应用[J].南昌大学学报,2012,36(3):282-285.[8] 陶其铭,许志宝,夏广飞.汽车空调除霜风道分析及结构优化[J].合肥工业大学学报,2010,33(4):498-500.[9] 郭军,许睿,梁庆钦.汽车除霜风管的设计方法[J].企业科技与发展,2014(21):24-26.[10] 周俊,秦刚.汽车空调除霜风道的CFD优化设计[J].企业科技与发展,2011(24):21-23.[11] 杨涛,范久臣.基于有限元法的太阳能光伏支架结构设计与优化[J].吉林化工学院学报,2016(3):42-47.。
汽车除霜系统性能CFD分析与试验
汽车除霜系统性能CFD分析与试验汽车除霜系统性能CFD分析与试验汽车除霜系统是汽车冬季驾驶中的一个重要组成部分。
它可以有效地去除车窗上的霜,提高驾驶安全性和舒适度。
本文将对汽车除霜系统的性能进行CFD分析与试验,以提升除霜系统的效率和产品质量。
一、CFD分析1. 模型构建首先,需要构建一个汽车除霜系统的CFD模型。
该模型应包括汽车座舱和除霜器。
汽车座舱应包括前挡风玻璃和两侧车窗。
除霜器应包括出风口、送风器和加热器等组成部分。
2. 网格划分对构建好的模型进行网格划分。
网格应该足够密集,以准确模拟空气流动。
对于汽车座舱内部,可以采用全结构网格,而对于除霜器中的送风器和加热器等部件,应采用特定的网格划分方式,并尽量减小网格的尺寸。
3. 材料属性根据实际情况设定模拟过程中所需的材料属性,包括空气温度、密度和粘度等参数,以及除霜器中各部件的导热系数等物理特性。
4. 边界条件设定边界条件,包括汽车座舱内空气的初始温度和速度等参数,以及除霜器中送风和出风的速度和温度等参数。
同时,在汽车座舱和除霜器的壁面上设定边界条件,以模拟各部分材料之间的热量传递过程。
5. 模拟与分析完成以上步骤后,即可进行模拟计算,并分析模拟结果。
模拟结果包括汽车座舱内部空气流动的速度和温度分布、雾气去除的时间、能量消耗等参数。
通过对模拟结果的分析,可以优化除霜器的设计,提高除霜效率和能源利用效率。
二、试验分析除分析除霜器性能的CFD模拟外,还需要进行试验验证。
试验内容包括除霜效率、能耗和噪音等参数的测试。
1. 试验方法测试除霜效率的方法是对装有雾气的车窗进行试验。
对比不同费用的除霜器效果,来着重体现汽车除霜系统是否科学合理并实现性价比最优。
测试能耗的方法是对不同的面积、功率和温度的除霜器进行测试,测定不同参数下的能耗。
通过对结果进行分析与比较,找到最佳的除霜器参数配置。
测试噪音的方法是对不同工况下的除霜器进行测试,测定不同功率、转速和面积等参数下的噪音。
汽车除霜性能CFD分析---st_knight
汽车除霜性能CFD 分析Simwe 会员 st_knight摘 要:本文利用商用软件FLUENT ,针对某款整车进行除霜性能CFD 分析,轿车除霜过程数值模拟是个典型的相变问题,不仅几何形状复杂,而且存在热传导和热对流两种传热方式相互影响。
FLUENT 提供基于enthalpy-porosity method 的solidification/melting 模块处理此类问题。
通过计算得到除霜性能相关数据,对改进和优化除霜风道的结构设计有着十分重要的工程价值。
关键词:除霜风道 导流板 CFD 分析 温度场1引言为了保证乘客的生命安全,在任何时候都要确保驾驶员有足够的视野。
但是冬季在车窗玻璃上的霜冻会影响了驾驶员的视野,对驾车的安全性产生危害。
因此,有效的除霜系统是十分必要的,它应该尽可能快地除去车窗玻璃上的霜层。
为此SAE 发展了一套工业标准,包括标准的试验过程和汽车前风挡除霜系统的性能指标。
不同的国家和不同的制造商也有自己对此的标准。
在国内GB 11555-94 对于风窗玻璃的除霜系统性能规定了车辆必须满足的强制要求。
2 除霜问题以及CFD 计算实现除霜问题是一个典型的相变问题。
对于相变问题,商用CFD 软件FLUENT 提供基于enthalpy-porosity method 的solidification/melting 模块处理此类问题。
该模块把固液混合物作为一种流体来处理,根据固态温度solidus T 和液态温度liquidus T 定义液态分数)/()(solidus liquidus solidus T T T T --=β来判定每个单元上的相变状况。
如果考虑相变过程中流体可能的运动,可以加入VOF 多相流模型来模拟。
在本文计算中作了一些简化:在相变过程中,认为在相变过程中霜层的物性为温度的分段线性函数;而在相变过程中,由于融化成的水运动较慢,所以直接用静止的冰水混合物来近似模拟。
除霜风道内部流场的CFD模拟分析及优化改进
【 y rs Ke wo d ]
D f s Du t li Fed C D;O t z :HE er t c ;Fud i ; F o l pi e i m T
O 引言
汽 车空 调系 统为汽 车 提供 制冷 、采 暖 、除霜 、
除 雾 、空气过 滤和 湿度 控制 ,影 响汽 车舒 适性 ,已 成 为汽 车市场 竞 争 的主要 手段之 一 。 目前 ,汽 车 空调 的性 能欠佳 ,C 不 高 。研 究 OP 表明, 造成 这些 问题 的原 因并不 一定 是空 调系 统本
国 内外 采 用 模 拟 软 件对 流场 进 行 了深 入 的研 究[引 朱娟 娟 等【在 原 除霜 风 道 的基 础 上对 两种 修 卜。 9 】
作 者 简 介 : 肖鑫 ( 9 3 ) ,男 ,工 程 师 。 1 8一 收 稿 日期 :2 0 —22 0 91—8
第2 4卷第 3期
的速度 场 和压 力场 进行 了 C D ( F 使用 F UE L NT 软
身 的制冷 量不 够 , 多 的是 由于风 道 系统 设计 不合 更
理而 导致 空调 的整 体性 能 下降 。因此 ,汽车 空 调 的
风道 结构 和走 向对 空调 性 能起很 大 的影 响 。 利用 试
件 )分析 ,经 过 三轮模 拟 ,调 节 了风道 和 隔栅 ,初 步达 到 了设 定要 求 ( 定 要求 根 据 国标 【 ] 求 和 设 l要 0
改 方案进 行 比较 。其 一采用 拱 形边 并增 加导 流板 ; 其 二采用 反 拱形边 并 增加 导流 板 。 形风 道 的风量 拱
分配 比直 边风 道更 差 , 比之下 反拱 形风 道 能满足 相
风量 分配 均匀 的 目的。 作者 以某 款轿 车 的风道 系 统为例 , 风道 内部 对
基于STAR-CCM+的汽车除霜风道CFD分析及优化
技Technical Communication基于STAR-CCM+的汽车除霜风道CFD分析及优化王春海,刘永强(保定长安客车制造有限公司,河北定州073000)摘要:利用(TAR-CCM+三维流体分析软件对某款商用车的除霜除雾风道进行稳态C F D数值模拟分析,计算出各出风口分风比例未达到要求,且风窗上气流速度分布也未满足要求。
通过优化除霜风道,改善了分风比例,增大了风窗上的风速,使其能达到除霜除雾的要求。
关键词:除霜除雾;CFD%分风比例中图分类号:U463.851 文献标志码:A文章编号:1003-8639% 2019 &03-0058-03CFD Analysis and Optimization of Automobile Defrosting Duct Based on STAR-CCM+WANG Chun-hai,LIU Yong-qiang(Baoding Chang’an Bus Manufacturing Co.,Ltd.,Dingzhou 073000, China) Abstract:A commercial vehicle defrosting duct is simulated by using STAR-CCM- three-dimensional fluid analysis software.The results show that the air distribution ratio of each outlet does not meet the requirements,and the air velocity distribution on the window does not meet the requirements neither.By optimizing the defrosting duct, the air distribution ratio is improved,and the wind speed on the window is increased,so that it can meet the requirements of defrosting.Key words:defrosting;CFD;air distribution ratio作为汽车在寒冷环境下行驶时对驾驶员视野、行车安 全的必要保障,空调系统除霜除雾性能是整车开发中一项 重要的指标。
基于CFD分析对汽车吹足风道设计结构优化
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效果评估:对优化后的吹足风道 设计进行性能测试和评估,比较 优化前后的差异和提升效果。
实际应用:介绍优化后的吹足风 道设计在实际汽车产品中的应用 情况和效果反馈。
05
优化效果及案例分析
优化前后效果对比
优化前的问题:风道设计不合理, 导致吹风效果不佳
优化后的效果:提高吹风效果, 降低能耗,提升汽车性能
探索新型材料在吹足风道中的 应用,提高冷却性能
结合智能技术,实现吹足风道 自适应调节与控制
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优化后的方案:采用CFD分析, 改进风道设计结构
案例分析:具体案例展示优化前 后的效果对比
优化案例展示与分析
案例一:某轿车的前吹足风道设计优化 案例二:某SUV的后吹足风道设计优化 案例三:某电动车的吹足风道设计优化 案例四:某跑车的吹足风道设计优化
优化效果的局限性及改进方向
行性和优劣
方案实施:根 据评估结果, 对优化方案进 行调整和改进, 最终应用于汽 车吹足风道的
实际生产中
优化方案实施与效果评估
优化方案实施:详细介绍如何基 于CFD分析进行吹足风道设计结 构优化的具体步骤和操作过程。
改进建议:根据效果评估结果, 提出针对性的改进建议和优化方 向,为后续研究提供参考。
求解器选择:选择适合的求解器 进行计算,得到流场分布情况
优化方案设计与评估
优化目标:提 高汽车吹足风 道的气动性能
和冷却效果
方案设计:基 于CFD分析, 对吹足风道的 结构进行优化 设计,如改变 风道形状、尺
寸等
方案评估:通 过数值模拟和 实验验证,对 比优化前后的 气动性能和冷 却效果,评估 优化方案的可
某商用车空调除霜性能仿真研究
14610.16638/ki.1671-7988.2020.19.047某商用车空调除霜性能仿真研究林小刚,董勇峰(江西五十铃汽车有限公司 产品开发技术中心,江西 南昌 330010)摘 要:文章基于有限元法和流体力学,采用StarmC++软件,对某商用车进行了空调系统除霜性能稳态和瞬态CAE 分析,得到了前档玻璃、驾驶侧玻璃、副驾侧玻璃除霜分析结果,表明各区域出风速度分布合理,除霜性能满足目标。
关键词:商用车;空调;除霜性能中图分类号:U463.85+1 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2020)19-146-03Simulation study on defrosting performance of a commercial vehicle air conditionerLin Xiaogang, Dong Yongfeng( Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010 )Abstract: Based on finite element method and hydrodynamics, steady and transient CAE analysis of defrosting performance of air conditioning system for a commercial vehicle is carried out by starmc ++. The results show that the distribution of air velocity in each area is reasonable and the defrosting performance meets the target. Keywords: Commercial vehicle; Air conditioner; Defrosting performance CLC NO.: U463.85+1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)19-146-031 引言随着国家经济快速发展,商用轻卡销量得到迅猛增长,由于其经济性和便利性,已经成为运输货物的必然选择[1]。
某商用车除霜风道CFD分析及结构优化
某商用车除霜风道CFD分析及结构优化
赵魏维;沈磊;计宏
【期刊名称】《轻型汽车技术》
【年(卷),期】2014(0)11
【摘要】本文运用流体计算软件对某商用车除霜风道的除霜性能进行了分析,通过风道各出风口的流量配比、风道内部流线、前挡风玻璃风速分布及最终的除霜效果图,来考察风道的除霜性能;并针对不足之处进行修改,修改后除霜风道的流量配比和内部流线等有较明显改善,并优化了除霜性能.
【总页数】6页(P32-36,42)
【作者】赵魏维;沈磊;计宏
【作者单位】南京汽车集团有限公司汽车工程研究院;南京汽车集团有限公司汽车工程研究院;南京依维柯汽车有限公司
【正文语种】中文
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