汽车空调除霜性能的CFD模拟
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。
汽车空调除霜性能分析[1].pdf
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汽车空调除霜性能分析The CFD Simulation of Auto HVAC DefrostingPerformance王天英，黄涛，朱杰（上汽集团股份有限公司技术中心/动力总成集成部，上海，201804）关键词：汽车空调，除霜，风道，计算流体力学（CFD）摘要：汽车空调除霜性能对汽车的安全性至关重要。
本文利用数值模拟方法对不同的侧除霜出风口的除霜性能进行对比研究，从中选出合适的方案新车使用。
并模拟霜层融化过程，考察当前风道的除霜效果。
Abstract: The defrosting performance of auto HV AC is very important for driving and traffic safety. This paper studies defrosting performance with different side defrosting outlet and to select one type for new car. To study the effect of defrosting with current duct, we also simulated the process of the frost thawing.Key words: Auto air condition, Defrosting, Duct, Computational fluid dynamic (CFD)1．前言汽车空调是空调技术在汽车上的应用，其目的在于创造车室内舒适的气候环境，保护驾驶员和乘客的身体健康，改善驾驶员的工作条件，提高汽车的安全性能。
我国幅员辽阔，南北气候差异大，因此在北方地区除霜问题显得尤为重要。
除霜功能是指清除前风窗玻璃上附着的霜层，为驾驶员提供安全可行的视线环境。
在国内，GB11556-94对汽车的除霜系统性能做出了严格的要求[1]。
在某车的研发过程中，造型提出了两种侧除霜风口位置方案。
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。
汽车除霜的计算流体力学仿真
汽车除霜的计算流体力学仿真随着气温的降低，汽车除霜越来越重要。
汽车除霜是指利用热空气或其他能源，快速去除车窗上的冰霜和雪，以保证驾驶的安全性。
在汽车除霜过程中，利用计算流体力学（CFD）仿真模拟，能够模拟出流场、传热、质量传递等过程。
通过CFD仿真，可以为汽车除霜提供有效的技术支持。
在汽车除霜中，空气流动是关键因素。
通过CFD仿真，可以建立几何模型，为以下步骤提供支持：1、设置汽车模型和窗户结构。
车身建模可以基于缩放比例建模或通过测量数据建模。
窗户的结构和材料可以反映实际情况，并考虑不同条件下的性能。
2、设置气流边界条件。
通过设置流量、速度和温度等参数，模拟真实的空气流动。
3、对不同条件下的汽车及窗户进行优化。
针对不同的温度和气流速度，分别对车身和窗户进行优化。
通过CFD仿真，可以实现空气流动及其温度在车窗上的分布预测。
在汽车除霜过程中，使用热空气去除冰霜。
这需要使用汽车发动机的热能产生热空气，并通过特定的通道将其引入车窗内部，以去除窗户上的结冰。
然而，在汽车热能与热空气的流动条件下，需要考虑低真空度、冷凝等问题。
通过CFD仿真，可以分析热空气流动条件下的真空度、冷凝等问题，并设置合理的参数，以保证汽车除霜的效果。
在CFD仿真中，根据车辆和窗户的结构、温度和流场参数，研究汽车除霜优化方案，并可优化告诉模型设计，从而将效果最大化。
通过模拟气流、传热和质量传递等过程，可以选择最佳方案，以最大化除霜效果，提高出车行驶的安全性。
总而言之，汽车除霜的计算流体力学仿真，在确定汽车车身和窗户的结构和材料，以及优化除霜方案方面提供了强有力的支持。
通过CFD仿真，可以快速而准确地模拟汽车环境；确定最佳的汽车除霜方案。
这可以大大提高汽车除霜的效率，为驾驶者提供更为安全、更为舒适的行驶环境。
除霜效果不仅与汽车窗户的设计和材料有关，还与车身周围的气流、温度和湿度等环境因素有关。
通过CFD仿真，可以模拟不同环境下的空气流动和温度分布，从而优化除霜方案。
23.汽车除霜系统性能的数值模拟
汽车除霜系统性能的数值模拟The CFD Simulation for Automotive Defrost SystemPerformance王俊，陈如意，李慧强（吉利汽车研究院工程分析部，浙江临海，31700）摘 要：本文通过STAR-CCM+中的稳态计算来预测汽车空调的除霜性能。
并对修改后的侧除霜性能进行了验算。
最后用瞬态模拟，获得前挡风玻璃上随时间变化的除霜效果图，与国标要求进行对比，为汽车除霜系统性能的模拟工程提供了参考。
关键字：CFD，除霜分析，汽车空调，STAR-CCM+Abstract: The performance of automotive defrost system is evaluated by using steady simulation in STAR-CCM+. Then, The same method is adopted to analyse the Modified model. Finally, Implicit unsteady simulation is used to research the contours of liquid fraction on windshield, which is evaluated by referring to national standards(GB11556-1994). This article provides a reference to the simulation on the defrost performance of automotive HVAC system.Key words: CFD, Defrost, Automotive HVAC system, STAR-CCM+1 前言随着消费者对汽车性能的要求越来越高，为了及时赢得市场份额，汽车厂商的研发周期愈来愈短，对研发人员的设计能力也提出了新的挑战。
除霜吹面CFD分析(15页)
11
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。
12
侧除霜瞬态分析
13
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
CFD在汽车空调行业的应用
优化模型 297.6 60.3
优化模型由于流动分离而 造成的湍流区域的湍动能 较原模型要弱，也就是说 优化模型流动分离现象减 少，流动噪声会加以改善 。
原模型A2截面湍动能示意图 优化模型A2截面湍动能示意图 26
宽频噪声定义及计算公式
宽频噪声是对流动过程中单位体积的各向同性的湍流所产生的声功率的强弱的表述。 公式如下：
风机风量及宽频噪声分析：
1、风机在一定转速下及相应的HVAC结构特征下所产生的风量； 2、风机在相应转速下的宽频噪声值；
空调CFD应用：风机风量计算分析
HVAC不带风道模型
出口：除霜左 出口：除霜右
入口
出口：吹面主驾
出口：吹面副驾
风机转速：3320RPM 过滤器参数：D=5.89E07，C=209.1 蒸发器参数：D=3.35E07，C=463.7 暖风芯体参数：D=1.61E07，C=644.2;
T 对流换热系数 x h(T Ts )
4 4 q RADIATION (T Ts )
发射系数
黑度
•7
CFD软件
计算分析软件: Fluent
后处理软件：Fluent
二维网格软件: Hpermesh 三维网格软件：T-Grid 3D 模型处理软件: CATIA
•输入文件
根据相应的风机转速，过滤器、蒸发器和暖风芯体
的风阻参数计算出不同模式下的风量值；
•25
25
空调CFD应用：风机宽频噪声分析
后HVAC总成优化前后风量及噪声对比
涡舌 风量（m3/h) 宽频噪声值(dB) 原涡舌结构 优化涡舌结构 优化涡舌是在原涡舌的基础上沿着红色箭头所示方向外扩
原模型 298.8 66.8
汽车除霜性能CFD分析与试验验证
（ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
验的手 段无法 获得除霜除雾气流 的分 布和走 向规律 ， 难
环境 的蒸 汽压 时 ， 水汽就 向玻璃表 面聚集 ， 并 以微 车 除 霜 除 雾 的 基 本 原 理 ， 对 某 款 乘 用 车 的 空调 除 霜 性 能 进 行 Ｃ Ｆ Ｄ 分析 ， 并 通 过 对 管道
的优 化 设 计 ， 先 利 用 稳 态分 析 的 经 验 数 据 判 断 优 化 的 可 行 性 ． 然后 瞬 态分 析 验 证 结 果 满足 设 计 要 求 。 最后
ＣＦＤ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎｄ Ｔｅ ｓ ｔ Ｖｅ ｒ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ａｕｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｄｅ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｉ ｎｇ Ｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ
Ｙ ｕ ａ ｎ Ｘ ｉ ａ ｙ ｉ ， Ｄ ａ ｉ Ｓ ｈ ｕ ｋ ｍ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｙ ｅ ｊ ｉ ｅ ， Ｐ ｅ ｎ ｇ Ｌ Ｏ ｕ ａ ｎ
客
５ ２ 第 ５ 期
汽车风挡玻璃除霜性能的优化设计
北
乐
１．２数学模型“ 稳态分析模拟的是一个定常、不可压缩的三
汽 生
维流场．主要通过求解连续方程、动量方程和湍 流模型得到结果。 连续方程：
Ｊ口２ １，如果ｒ＞死” 犀＝—！，訾一，如果７ｋ。＜ｒ＜‰山
㈨Ⅶ
（８）
对于瞬态分析的除霜模型．能量方程为
粤＝Ｏ
ｄ＊－
导（硝）＋Ｖ・（面打）＝可・（＾Ｖｒ】＋ｓ
（１） 项。
除雾 时间／ｒａｉｎ
１０
融化肱
８０ ８０ ９５
融化／％
９０
Ａ’区
Ｂ区
１０
８０
文中利用ＣＦＤ技术，根据ＣＦＤ软件计算结 果，提出除霜风道的改进意见，根据修改方案修 改风道模型，最终得到满足设计要求的除霜系
图１除霜性能ＣＦＤ分析流程图
１．１物理模型 汽车空调除霜风道一般安装于汽车仪表盘
・２３・
统。
万方数据
ｈ＝＾ｄ＋】ｃ４ｒ
，Ｊ√
这两个除霜风道都分为３个出风口：前部出
风口和侧面出风口（左、右两个）。其中，前部出风
口向前风挡玻璃吹风．侧面出风口向两侧的左右 玻璃吹风。
ＡＨ＝口Ｌ
（７）
式中，ｈ为显焓，Ａｆｔ为潜热焙，ｂ为参考焙， ｋ为参考温度＾为定压比热，工为材料的潜热。
液相分数口，定义为 口＝ｏ，如果丁＜，乙№
ｊ韭室盎圭趋蛆必
万方数据
汽车风挡玻璃除霜性能的ＣＦＤ优化设计
上的体网格放在风道内部。 为了较好控制前风捎玻璃和侧风挡玻璃近 壁面处网格大小，采用三棱柱网格进行划分。
在方案Ｉ的基础上，对除霜风道内部的导流 板进行结构优化，提出两种优化方案：方案３和 方案４（见表２）。图６是风道内部导流板结构图。 表２各方案对比
汽车风挡和侧窗除冰的CFD分析
汽车风挡和侧窗除冰的CFD分析CFD Analysis of Automotive Windshield and Side Glass De-icing Simulation周俊龙( 延锋伟世通汽车饰件系统有限公司技术中心)(上海市钦州北路1001号 200233)摘 要: 为满足法规对汽车风挡和侧窗的除冰要求，缩短汽车的开发时间和降低开发成本，汽车空调的除冰性能模拟正在变的越来越重要。
风挡和侧窗的除冰模拟不仅由于几何复杂，而且包括两种热传导模式(热传导和对流)与空气流动的相互作用。
本文通过FLUENT软件介绍了除冰过程中的两种数值模拟过程。
关键词:汽车空调 除冰 联邦法规1. 概述由于除冰试验的高昂成本和较长周期以及随后的设计更改导致的重复试验，除冰的CFD模拟得到了越来越多的OEM和供应商的青睐。
本文介绍了风挡和侧窗除冰模拟的两个过程：风挡除冰的车内流场分析和除冰过程分析，并给出了某车型的CFD分析结果。
2. 设计参数1Defroster 和Demister出口是HV AC管道的重要组成部分，它们的主要功能是将来自于HV AC的热气流导向到风挡和侧窗的玻璃上。
热气流通过加热玻璃使附着在玻璃外表面上的冰层得以融化。
除冰的性能通常用融化冰层时间的长短来评价。
如SAE J902要求在30分钟内，C区内的所有冰层及A区至少80%区域内的冰层必须被清除干净。
美国联邦法规则要求在20分钟内，前风挡玻璃上C区内至少80%的冰需被清除。
中国法规则要求20分钟内清除A区内至少80%的冰层，25分钟内清除A’区内至少80%的冰层，40分钟内清除B区至少95%的冰层。
为了满足上述法规的要求，有几个重要的参数在设计时必须给予重视，如defroster的出口位置、气流的喷射角度、defroster出口处的横截面积及外观形状、导向叶片的数量等。
在这些参数中，最重要的是气流的喷射角度和气流速度。
为确保气流喷出后沿风挡玻璃移动而不脱离风挡玻璃，这两个参数必须要优化。
汽车空调风窗玻璃除霜性能CFD优化分析
侧 除霜 出风 口流 出 ， 热 空 气 吹 佛 到前 挡 玻 璃 和 侧
玻 璃 内表 面 ， 将 外 表 面的 霜层 加 热 融 化 ， 从 而起 到
除 霜的作 用 ； 陔系统 的 另一 个作 用 是 除雾 ， 当玻 璃
汽 车 空 调 风 窗 玻 璃 除霜 性 能 Ｃ Ｆ Ｄ优 化 分 析
邵世婷 潘 乐燕 王 天英 （ 上海汽车集团股份有限公司乘用车公司， 上海 ２ ０ １ ８ ０ ４ ）
【 摘要 】 汽车风窗玻璃除霜性能对除 霜格栅形 式、 大小、 位置及风道具体形式等多 种参数都有很强的敏
感度 ， 是 多参数共 同作用 的结果 。文章在初始设计基础上 ， 通过 Ｃ Ｆ Ｄ分析工具验证 了口琴 型前除霜格栅 中间 出 风过小 、 除霜效果差 的特点 ， 通过缩短 口琴 型格 栅靠驾驶员侧 边长度 ， 实现 了 中间均 匀出风 ； 优化 侧除霜 风道走
向， 实现 了不改动造 型面前 提下的快速优化方案 ， 最终改善 了除霜性能 ， 缩短了开发周期 ， 节省 开发 费用 。
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ａ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｄ ｅ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｖ ａ ｌ ｉ －
ｐ ａ ｎ ｅ １ ．Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｃ ａ ｎ ｉｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｙ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ＧＢ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎｄ ｄ ｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ
景逸汽车除霜系统的CFD优化设计
图 ５ 第 一 轮计 算 结果
从 图 ５可 以看 到 ， 经过本 次修 改后 ， 前风挡 中央的“ 型 Ｖ” 低速 区和两侧 的死 区明显减小。Ａ区已有 ７ ％的区域速度达 ０
到 ３ｍ ｓ ／ 以上 但 是 Ｂ区还 有 ４ ％ 的 区域 处 于 速 度 “ 区” ０ 死 。 露 ＿ ． ＇澎一 澎霉 ■一 一 １ ； ３３ 第 二 轮修 改 ．
口（ 有左 、 右两个 ） 。其 中， 部出风 口和中间出风 口向前挡风 前 玻璃 吹风 ， 面出风 口向两侧的左右玻璃吹风。 侧
收 稿 日期 ：０ ８ ０ — ６ ２ ０ － ８ １
作者简介 ： 唐因放 （９ ７ ） 广西柳州人 ， １５一 男， 高级工程师， 全国劳动模范 ，９４年开始从事 汽车行业工作 ， １７ 现任东风柳州汽车有限公司总设计师。
设计 要 求 的除 霜 系统 。
除霜系统 的物 理模 型特别复杂 ， 主要包 括 ： 风道 ， 封闭 的
车身内表 面， 方向盘和座椅（日 １ 叟 图 所示 ） 。
１ 数值模 拟
１１ 建 立 数 学模 型 ．
本次模拟 的是一个定常 、 不可压缩 的三维流场 ， 主要 通过 求解连续方程 ， 动量方程和湍流模型得到结果 。 连续方程 ：
ａ
ｆ
：
０
图 １ 几 何模 型
式 中 ： 为 流体 速 度 在 ｉ 向上 的分 量 （＝ １２ ３ 方 ， ，） 动 量 方程 ：
ｐ
等 一 ＋ 普鼍） 善 茜毒 ＋ ）
湍流模型 ： 本次计算选用标准 ｋ —ｓ湍流模型 ， 后为湍流动能 ， ｓ为湍
流 动 能耗 散 率 。
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ１ ， ０ ８ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ． １ ２ ０ ｉ
汽车除霜系统性能CFD分析与试验
符 ． 验 除 霜 速 度 稍 快 于 Ｃ Ｄ计 算 的 除 霜 速度 。 试 Ｆ
主题 词 ： 空调
除霜 系统
ＣＦ 试 验 Ｄ
中 图分类 号 ： ４３８ ＋ 文 献标 识码 ： 文章编 号 ：０ ０ ３０ （０ １０— ０４ ０ Ｕ ６． １ ５ Ａ １０ — ７ ３２ １ ）４ ００ — ４
Ｔｈ ｅ ＣＦＤ ａ ｙ ｉ ｎ ｐ ｒｍ ｅ ｔｆ ｒ Ａｕ ｏ ｏ ｉｅ Ｄｅ ｒ ｓ Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ｏ ｔ ｍ ｔ ｆ ｏ ｔ ｖ Ｓ ｓｅ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｙ ｔ ｍ ｒ ｌ ｍ ｎ ｅ ０
．
设计 ． 计算 ． 研究 ・
汽车除霜 系统性能 Ｃ Ｄ分析与试验 Ｆ
王 俊 陈 如 意
（ 武汉 理工 大学 ）
【 摘要 】 依据 Ｃ Ｄ数据和其他分析所需数据 ， 了 ３ 阶段 的 Ｃ Ｄ除霜性能分析 ， Ａ 进行 个 Ｆ 除霜风道 分析 、 稳态流场
分 析 和 瞬态 除 霜 分 析 依 据 布 置 和 接 口来 设 计 风 道 ， 控 各 个 出风 Ｅ的 流 量分 配 。通过 稳 态 计 算 来 预 测 汽 车空 调 的 掌 ｌ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｒ ｃ ｎｄ ｔｏ ｒ， ｆ ｏ ｔｓ ｓｅ ，ＣＦＤ ， ｓ ｙ ｗｏ ｄ Ａｉ ｏ ｉｉ ｎｅ Ｄｅ ｒ ｓ ｙ ｔ ｍ Ｔｅ ｔ
１ 前 言
关 于挡风 玻璃 的 除霜性 能设计 ．国 内文献 大 多 只对 稳态 流场 分析 进行评ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ价 和修改 ．而瞬态 除 霜分 析 一直难 以获得较 准确 的仿 真结果 。文献 ［］ １建立 了
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
某改型项目空调侧除霜CFD模拟及优化研究
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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。
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汽车空调除霜性能的CFD模拟
The CFD Simulation of Auto Air Condition Deicing
Performance
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 Dynamics
1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。
根据CFD分析结果，提出风道设计的改进建议，并根据修改方案修改除霜风道数模，最终得到了满足设计要求的除霜系统。
1jianli.zhang@
2sinoflow@
2.计算模型的建立及方案确定
2.1 几何模型建立
根据某车型的三维CAD实体模型，分别选择HVAC、风道和车身的内表面生成模拟空间。
考虑到汽车产品的复杂性，为了节约时间和减少网格数量，在不影响模拟精度的前提下，需要对车厢内表面做一些简化处理。
但对模拟的关键部件，如HVAC、风道等的细部结构则应尽量保留，如图1所示。
由于CFD网格划分需要在一个封闭的空间内进行，而CAD模型之间有一些缝隙和漏洞，如果直接在CAD软件中进行模型的前处理，需要花费大量的时间和精力，因此，我们采用先在Hypermesh中划分三角形的表面网格，如图2所示，这样表面的连接和修补相对容易，然后输出为Patran格式，再导入到ICEM-CFD中生成体网格。
根据划分网格的重要性，不同的表面在Hypermesh中分成不同的组，导入到ICEM-CFD后会分成不同的Family。
2.2 网格生成
在本次分析中，采用ICEM-CFD划分CFD体积网格，如图3所示。
由于几何造型的复杂性，为精确模拟风道等细节，决定采用四面
体网格。
为减少网格生成所花时间，对于未
改变几何的部分采用网格继承方法，不做修
改。
由于风道系统是优化重点，所以把超过
50%的单元数放在风道内部，以强化对风道流
动细节的了解。
另外在前风挡、前侧窗、除
霜隔栅和人体表面，网格也需要细化。
图3I C E M-C F D体积网格
2.3 边界条件
本分析采用以HVAC 的进口为入口，为INLET 边界条件。
出口条件设在经过处理的后挡风下延的出风位置处，为Pressure 压力边界条件，并在原有出口表面上拉伸出一条通道，以防止出口边界上有回流产生。
2.4 计算过程
算法：SIMPLE 算法；
格式：二阶迎风格式（MARS）；
最大残差：0.001；
求解方法：AMG；
在本设计中采用高雷诺数k－ε模型，它经证明适用于模拟汽车内外流场这种高雷诺数的情况[1]。
由以上可知，本次CFD 分析过程主要包括建立数学物理模型、数值算法求解及结果可视化三部分，如图4所示。
后处理
求解
前处理
3.计算结果分析
经过分析，我们得到了除霜风道各出风口的流量分配以及风道和驾驶室内的压力和速度矢量分布等，并针对风量分配的大小及部分区域存在涡流的情况，对风道入口大小及风道形状进行了更改。
本次设计前后进行了四轮更改和分析，最后得到了比较满意的结果。
下面主要以前挡风玻璃和前侧窗上的速度矢量分布的变化介绍了本次设计的优化更改过程。
3.1 第一轮分析结果
经过第一轮分析，存在的问题是：侧除霜风口主流动区与侧窗的交点偏后偏上，影响驾驶员观察外后视镜的视线；另外，中央挡风玻璃上的除霜面积偏小偏上，如图5所示。
我们第一轮首先集中精力调整侧除霜，具体方案是：调整侧出风口格栅角度，使之由原来的横向改成纵向放置，片数改为两片，方向朝侧窗，以使侧除霜的气流出口相对于侧窗而言更靠前和靠下。
图5 第一轮分析结果
3.2 第二轮分析结果
在这轮分析中，侧除霜吹点前后方向的位置点已基本符合要求，但上下方向位置略微偏低；另外前风挡驾驶员和副驾驶员侧头部附近存在回流区，如图6所示。
办法是对除霜格栅角度进行微调，使侧除霜气流略向上移；调整中央除霜格栅的角度使两侧各自的气流以扇形展开，从而在前风挡形成覆盖AB区的速度均匀的流场；另外将前风挡格栅的流通面积加大，所有封闭栅段全部打开，增大流通面积。
图6 第二轮
分析结果
3.3 第三轮分析结果
第三轮分析后，侧除霜基本满足要求，达到设计目标。
3米速度暖风范围可以覆盖前窗AB区的绝大部分，前风挡上可以清晰分辨气流撞击区位置和左右流动分界线，如图7所示。
主要问题是在挡风玻璃上左右侧A柱附近存在小尺度回流区，但直观判断不影响AB区初霜效果；另外在前窗中部车顶附近还有小尺度回流区，具体办法是进一步调整中央除霜格栅角度，使气流进一步向两侧散开；另外由于格栅全部放开后中央除霜流量比例偏大，建议中央除霜条左右各堵塞一个孔。
图7 第三轮分析结果
3.3 第四轮分析结果
在第四轮分析中，可以看到在B区上部中央部分存在有部分低速区但是速度不小于2.0m/s，3米速度暖风范围可以覆盖A区的全部和B区97%的区域，远大于技术规范中的2米风速的要求，如图8所示，因此可以认为满足设计要求。
图8 第四轮分析结果
4结论
（1）应用CFD方法对某车型的除霜性能进行了模拟，对除霜风道进行了优化设计，计算结果表明，各种速度矢量、压力分布等情况均符合正常规律，能够满足设计要求。
（2）应用CFD方法在产品开发阶段，可以大大缩短开发周期，节省开发费用，分析结果对于设计开发人员优化产品设计具有重要参考价值。
（3）分析结果还需要进行实验验证。
参考文献:
[1] STAR-CD帮助文档.
[2] 汽车除霜性能CFD分析.中国仿真科技论坛电子期刊 No.8.
[3] 邹治，刘栋.华晨M3车型CFD分析阶段总结报告.
[4] 陶文铨.数值传热学.西安:西安交通大学出版社。