基于CFD的某轻客车型除霜性能提升

王海萍，崔建维

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CFD的某轻客车型除霜性能提升

王海萍，崔建维

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某轻客车型空调除霜性能不达标问题，为了解决除霜风道气流分配不均匀，利用CFD仿真数值分析的方法，通过对除霜风道的结构优化，达到改善整车除霜性能的目标。

空调系统；除霜系统；计算流体动力学（CFD）；试验

汽车风窗玻璃的除霜性能是涉及汽车安全设计的一项重要指标，直接关系到驾驶员的行驶安全性，改善整车除霜性能是一项十分重要的工作，目前国标只针对M1类车型除霜性能有明确的要求。当前国内轻客车型基本采用的除霜系统大都是水暖制热式汽车空调系统。整车乘员舱空间较轿车来说相对较大，同时对于匹配柴油发动机的轻客车型来说，由于发动机水温较汽油机相对较低的因素，达成整车除霜性能很有难度，除霜风道设计的优劣体现得更为重要。该轻客车型除霜风道性能的优化设计过程中，应用了CFD数值分析手段，解决了除霜风道气流分配不均匀的问题，达成了最终优化除霜性能的目标。

1 CFD分析与研究

1.1 除霜性能现状描述

国标《GB／T 11555汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法》中规定的除霜性能指标只针对于M1类车型，本文所述的轻客车型非M1类车型，所以本文所述的轻客车型除霜性能指标依据本企业标准《Q／JQ 8108商用车空调系统风窗玻璃除霜性能要求》的要求执行。表1为该轻客车型2012年的寒带试验数据。从试验数据可以看出，该试验结果与目标性能差距较大，有待改善。图1为该轻客车型前挡风玻璃风霜除霜比例效果图。

表1 -18±3℃除霜试验数据

1.2 原因初步分析

汽车除霜风道的设计中，比较重要的参数是气流冲撞角度和气流在玻璃表面分布的速度。可以通过优化风道内部导流板的结构来实现该目的。

1.2.1 前挡风玻璃表面速度分布1

通过CFD分析，提取前挡风玻璃表面速度场分布，可以反映出气流的流向和扩散趋势。图2分别表示1m／s、2 m／s、3 m／s的风速在前挡风玻璃上的分布情况，左侧表示的是A′区，右侧表示的是A区。

从分析结果来看，可以得出以下结论：1m／s的气流能够覆盖整个A区和A′区以及B区的90%，但是玻璃底部左、右两侧均存在缺流断层的区域；2m／s的气流不能够完全覆盖A区和A′区，玻璃底部左、右两侧的缺流断层区域面积增加；3 m／s的气流分布更加不均匀、呈现柱状的分布，覆盖面积进一步减少。

初步判断由于除霜风道内部导流板结构设计的不合理，导致除霜气流撞击挡风玻璃后不能够均匀散开，气流不能很好地附着于玻璃表面。

1.2.2 侧除霜玻璃表面速度分布

通过CFD分析，对除霜玻璃表面速度分布进行确认。图3分别表示1m／s、2m／s、3m／s的风速在侧除霜玻璃上的分布情况，其中第1行表示的是驾驶侧除霜玻璃，第2行表示的是副驾驶侧除霜玻璃。

从分析结果来看，1 m／s和2 m／s的气流可以覆盖侧除霜玻璃视觉的核心区域，但是从3m／s的气流分布可以看出侧除霜气流与玻璃的撞击点偏低，同时驾驶侧的速度分布情况比副驾驶略差。

1.2.3 前挡风除霜流线

进一步利用CFD分析，对前挡风、侧除霜玻璃的除霜流线分布进行确认，与之前的速度场分布结论一致，除霜风道内部的导流结构需优化。图4为前挡风除霜流线，图5为侧除霜流线。

1.3 风道优化分析

经过之前速度场和流线图的分析可以看出，气流在挡风玻璃和侧除霜玻璃上的速度分布需要改进，这就需要对除霜风道进行进一步的分析，以确定具体的整改措施。

1.3.1 主除霜风道分析

对主除霜风道的出风口速度场分布进行分析，由图6可以明确看出风口的速度分布不均匀。

进一步进行主除霜风道内部气流流线确认，从图7可以确认风道出风口的速度分布不均匀，是由于风道内部导流板的结构设计不合理，需要对风道内部导流板的结构进行优化来解决该问题。

1.4 风道优化方案

基于以上的分析，对影响除霜性能的几个主要风道部件进行优化设计。

1.4.1 主除霜优化

对主除霜风道内部导流板的结构进行优化，图8为原型和优化后的内部导流板结构图。

通过导流板结构的优化，可以减小风阻，提高气流与挡风玻璃的贴合效果。

1.4.2 侧除霜优化

对侧除霜的优化主要是修改了侧除霜出风口的结构，图9为原型和优化后的侧除霜出风口结构图。

减少格栅数量，降低风阻，延长格栅长度，提高对气流的向导能力，将格栅的角度向上调整17°，抬高撞击点。

2 效果验证

2.1 CFD分析验证

2.1.1 前挡风玻璃表面速度分布

提取优化后的前挡风玻璃表面速度分布数据，图10分别表示1m／s、2m／s、3m／s的风速在前挡风玻璃上的分布情况，图10中左侧表示的是A′区，右侧表示的是A区。从分析结果来看，优化后的气流分布有明显的改善。

2.1.2 侧除霜玻璃表面速度分布

提取优化后的侧除霜玻璃表面速度分布数据，图11分别表示1m／s、2m／s、3m／s的风速在侧除霜玻璃上的分布情况，其中第1行表示的是驾驶侧除霜玻璃，第2行表示的是副驾驶侧除霜玻璃。从分析结果来看，优化后的气流分布有明显的改善。

2.2 寒带试验验证

对于整改方案，进行寒带试验验证，测试数据如表2所示。

图12分别表示前除霜、侧除霜玻璃除霜比例效果图。

表2 -18±3℃除霜试验数据

从试验结果可以清晰看到，主除霜的试验效果已远远超出了目标设定，虽然侧窗除霜未完全除尽，但是不影响驾驶员观察后视镜。

3 结论

前期整车除霜性能不达标时，对除霜风道结构的设计优化过程大都依赖设计过程的数据测试和经验的积累，对风道内部的结构进行修改，再通过一轮一轮的环模试验进行验证其有效性。本次轻客除霜风道的优化中，运用CFD技术对除霜风道的结构进行优化，可以大大缩短整改周期、试验次数，最终通过寒带试验的验证，该车的除霜性能已能满足要求。

［1］王俊，陈如意.汽车除霜系统性能CFD分析与试验［D］.武汉：武汉理工大学，2011.

［2］张晓兰，陈江平.汽车空调除霜风道的数值优化［D］.上海：上海交通大学，2007.

（编辑 杨景）

The CFD Analysis and Solution of Defrost System Based on a Light Bus

WANG Hai-ping，CUI Jian-wei
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

This article discusses defrost system performance of a light bus.CFD method are used to modify the structure of defrost duct for its unsatisfactory performance due to uneven air distribution.Through the structure optimization of defrost duct，the objective of improving defrost performance has been achieved.

air-conditioning；defrost system；computational fluid dynamics；test

U463.851

A

1003－8639（2016）04－0054－04

2015-05-18；

2015-05-27

王海萍（1986-），女，工程师，从事汽车空调系统开发工作；崔建维（1987-），男，助理工程师，从事汽车空调系统开发工作。