文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

轿车除霜 CFD 分析与试验验证

瞿晓华
空调国际(上海)有限公司

摘要:本文借助 Fluent 软件,采用 RNG k-ε模型,建立了某轿车的除霜 CFD 分析模型。为了使分析结果更加真实可信,
本文将 HVAC 也纳入到计算区域内。与环境模拟除霜试验结果吻合较好。在此基础上,本文对轿车除霜系统进行了优化工
作。
关键词:汽车空调除霜计算流体力学数值模拟

1. 前言
随着汽车国产化程度的进一步推进,汽车进口关税的进一步降低,汽车市场的竞争也愈演愈烈。要在
群雄之中争得一席之地,就必须在第一时间推出一流的新款车型。这也就意味着市场对汽车设计及其零部
件设计的要求越来越高。而汽车除霜性能的好坏,不仅直接影响到汽车的舒适性,更对汽车的行驶安全性
能有直接的影响。
传统的除霜风道及出风口设计主要依赖于积累的经验。该方法的不足之处在于:对风道的内部结构设
计不甚了解;对气流流动情况不清楚;设计没有理论依据,而且要借助大量的试验验证。导致设计周期长,
试验费用高,风道设计复杂且可靠性差[1]。利用 CFD 分析技术,用数学模型代替传统的油墨模拟除霜试验
和环模试验进行研究,可以明确研究方向,缩短研制周期,大大减少反复试验造成的时间和金钱浪费。
本文利用 Fluent 软件对某家用轿车的除霜情况进行了数值模拟分析,并环境模拟除霜(简称环模除霜)
试验结果进行了对比,以验证 Fluent 在轿车除霜分析中的可行性与可靠性;了解除霜模式下,气流在 HVAC、
除霜风道及出风口的流动情况。这对设计和优化除霜风道的设计、提高轿车车室环境的舒适性、提高轿车
行驶的安全性,有着十分重要的工程价值与意义,并可克服传统设计方法的缺点与不足[2]。

2. 除霜系统介绍
除霜系统是轿车热系统的一部分,空气在 HVAC 中被暖风芯子加热,经过除霜风道,从除霜风道出风
口喷出。除霜系统主要作用就是利用从除霜风道出风口喷出的热气流,加热轿车前挡和侧窗玻璃内表面,
融化玻璃外表面上形成的霜或冰层,从而达到除霜的作用。除霜系统的另外一个作用是:当玻璃内表面的
温度低于车室内空气的露点温度时,防止空气在玻璃内表面上起雾。
除霜系统性能的好坏在于是否能快速的除霜/除雾。国家标准明确规定了除霜的区域和时间,见表 1,
对于 A 区、A′区及 B 区的具体定义,请参考相关除霜/除雾性能国家标准。
表 1. 除霜/除雾性能国家标准[3-4]
区域除霜除雾
A 区 80% in 20 min 90% in 10 min
A′区 80% in 25 min
B 区 95% in 40 min 80% in 10 min
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3. 物理和数学模型
轿车除霜系统内部结构复杂,在数值计算中完全反映结构细节有一定的难度。权衡计算机资源、时间
与计算结果的精确度,本文对除霜分析模型作了必要的简化。考虑到 HVAC 出口的热气流具有很强的方向
和速度分布特性,为了保证数值模拟有足够的精确度,本文将 HVAC 也纳入了计算区域。本文采用 UG
建立了 HVAC、除霜风