文档介绍：2005 Fluent 中国用户大会论文集

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HVAC管道的重要组成部分,它们的主要功能是将来自于HVAC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。
另外,还应尽量降低空气在风挡玻璃和仪表板间循环。
3. 风挡和侧窗除冰模拟的两个过程
风挡和侧窗的除冰模拟分为两个过程:风挡和侧窗附近的流场分析与除冰过程分析。前一过程为稳态
分析,通过它可以得到风挡及侧窗玻璃附近的流场分布情况和气流的速度、压力分布。这个过程有助于在
除冰过程分析之前优化defroster与demister出口处的结构和设计参数。
除冰分析的典型规模是200到300万四面体网格。为模拟空气的对流换热,defroster出口处和windshield
区域应该用细化网格,而其他区域可使用粗一些的网格。计算方法推荐用二阶迎风定义动量方程、湍流方

作者简介:周俊龙,男,1973 年 12 月生,硕士学历。现为延锋伟世通汽车饰件系统有限公司技术中心 CAE 工程师。专长
领域为汽车内饰产品的结构分析、汽车空调与风道系统的流动分析、汽车前风挡与侧窗的除冰
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程和能量方程,这一过程利用4个CPU并行计算,需要的时间为3~5小时。
除冰过程分析是