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基于STARCCM+的某乘用车除霜CFD分析研究

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张刃李斐

摘要：文章借助STARCCM+分析软件，基于流体力学原理，建立某国产乘用车的整车除霜CFD分析模型。为提高CFD分析结果的准确度和可信度，文章所建立的整车除霜CFD模式包含除霜模式的HVAC总成。通过CFD分析结果和实车测试对比，发现CFD分析结果准确度极高，此方法可应用与整车开发过程中，缩短整车开发周期、降低开发费用。

关键词：流体力学;汽车空调;整车除霜;CFD分析

中图分类号：G4?文献标识码：A?文章编号：（2020）-32-386

1.前言

家用轿车市场竞争日益白热化，红海市场愈演愈烈，掌握核心技术才是企业立于不败之地的王牌。传统的除霜性能验证采用试验方法，但开发前期受样件和试制车无法及时生产的影响，造成除霜性能只能在开发后期验证。因此，单纯采用试验方法会造成开发周期长的问题，而且除霜试验整个过程通常历时10h左右，含静置降温时间和除霜时间，市场单小时价格5000+元，费用极高。因此掌握一种可替代除霜试验，或可辅助提高除霜试验成功率的方法，是各主机厂迫在眉睫的事情。

2.除霜过程介绍

文章研究的乘用车为传统汽油动力，除霜热量来自发动机冷却液，除霜风来自空调鼓风机，整车除霜过程如下：发动机高温冷却液被水泵带动，流入空调箱暖风芯体，暖风芯体与鼓风机引入的冷风发生热交换;发生热交换的冷风被加热成热风，穿过冷暖风门、模式风门、除霜风口后，从除霜风口流出;流出后的热风，冲击到玻璃内表面，低温的玻璃内表面与热风发生对流换热后，玻璃被加热;被加热的玻璃，自身发生热传导通过玻璃将热量传到车外，被车窗上的冰霜吸收，于是冰霜融化。

国标《GB/T11555汽车风窗玻璃除霜系统的性能要求及试验方法》明确了M1类车型的除霜性能，据了解国内一流主机厂采用比国标更严格的标准，以提升产品竞争力，见表1内容。

3.除霜分析模型建立

3.1网格模型建立

通过前处理软件的几何清理、网格划分，见表2。

4.试验展示

4.1试验方法介绍

试验环境温度-20℃±2℃，湿度30%RH±5%，其他设置参考国标GB/T11555。试验流程如下：

① 将车辆放置-20℃环境舱10h，确保冷却液和机油温度达到环境温度;

② 在各个挡风玻璃上喷水，在玻璃上产生0.5mm厚冰层;

③ 继续将车辆静置在-20℃环境舱中0.5h，确保冰层稳固;

④ 试验开始，主副驾分别做一人，一人确保车辆空挡2000r/min稳定转速，一人辅助除霜划线。

⑤ 试验进行40min后：

若除霜完成则试验结束;

若未完成继续进行10min，10min内除霜完成则试验立刻结束，未完成则10min后结束试验。

4.2试验结果展示

本试验进行40min后，各挡风玻璃均达到除霜标准，如表3所示。

5.研究结论

文章通过对CFD流体分析网格划分、物理模型、边界条件的研究搭建并计算整车除霜分析模型，分析结果与环境舱试验结果做对比，发现各挡风玻璃的CFD分析气流冲击点和除霜试验破冰点吻合度很高。而除霜破冰点是整车空调除霜性能的重要参考之一，因此可利用CFD分析的气流冲击点作为设计过程参考值之一。本文也表明分析软件STARCCM+，在整车正向设计中的辅助价值，帮助工程师更加了解除霜性能，提高工程師的工作效率。

参考文献

陈江平，牛永明等.轿车空调风道的计算流体动力学分析[J].汽车工程，2002（Vol.24）No.2

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