纯电动客车除霜分析

高 海

（安徽安凯汽车股份有限公司，安徽 合肥 230051）

前言

在寒冷的天气，空气和较冷的车窗表面相接触，达到水汽过饱和状态时水汽就会析出。如果温度下降到零度以下，则多余的水汽就会在车窗上凝结成霜，阻碍驾驶员的视野，对行车安全产生危害。为保证行车安全和乘车舒适性，需要在客车的供暖系统中安装除霜器。除霜器利用热源对引入的车内空气（内循环）或车外干空气（外循环）进行加热，然后通过除霜风道上的热风出口喷向玻璃内表面形成热风幕，基于射流冲击换热原理加热玻璃内表面，通过热传导融化玻璃外表面的霜层[1]。与轿车不同，纯电动客车的除霜系统与空调系统相对独立，并采用电加热的方式进行除霜，因此提高除霜效率有助于提高冬季纯电动客车续航里程[2]。本文采用CFD软件对10 米纯电动公交车进行除霜分析和优化设计。

1 有限元模型及网格划分

基于CFD 的除霜分析首先需要保证空气域是一个单连通的封闭区域，在前处理软件中将三维模型进行封闭处理。客车车身较长，但一般不选取全部车长作为计算域，这样可以减少计算时间；同时计算域的长度不能太短，以免影响计算精度。在此基础上，忽略一些对除霜影响不大的结构，并根据实车具体尺寸，建立简化模型。本文所用单连通的模型如图1 所示，网格模型参数如表1 所示。

图1 简化后的模型

2 边界条件设置

本文采用瞬态分析，选用仪表台除霜出风口作为速度入口，给定速度与温度，出口采用压力出口，大小为一个大气压[3]。由于客车内部空气与玻璃内表面具有直接耦合的传热关系，属于流固耦合换热，所以不需要单独设置边界条件，其余固体表面可设置为绝热条件。为满足安全驾驶要求，标准[4]要求实验开始20 分钟后，驾驶员一侧玻璃外表面80%完成除霜，故将瞬态分析时间设为1200s，时间步长设为1s，每100s 输出一张挡风玻璃外表面温度分布图[5-6]。

表1 网格模型参数

3 除霜分析及优化

3.1 出风口结构优化

如图2 所示，该款电动公交车仪表台均匀布置12 个长条形常开出风口，风口斜向向前。根据相关标准[4]，所以出风口风速均设为7m/s，环境温度和固体温度设为零下20 度。

图2 仪表台原始结构示意图

图3 新型出风口结构示意图

图4 出风口改进前后除霜效果云图

当热风流量一定时，设计更加细长的出风口，可增大出风口流速，根据原始设计的出风口面积，新的出风口结构和数量如图3 所示。通过计算得到前挡风玻璃除霜CFD 分析结 构如图4 所示，比较20 分钟后除霜面积可知，新型出风口结构更有利于提高除霜效率。

3.2 出风口出风角度优化

由文献及设计经验可知，提高出风口与水平面夹角，即减小碰撞角度有助于提高除霜效率，同时该车型出风口与水平面夹角不宜提升太高，以免出风口与玻璃内表面碰撞点距离太远，降低除霜效率，综上，本文选取与水平面夹角为60度、72 度、80 度，三种条件下前挡风玻璃除霜CFD 分析结果如图5 所示，比较20 分后除霜面积可知，水平面夹角设置为72 度时，更有利于提高除霜效率。

图5 不同出风口角度除霜效果云图

4 结论

与通过环境仓除霜实验指导设计相比，本文采用仿真模拟的方法，节省了时间和实验设计的成本。同时通过改进出风口结构和优化出风口角度，提高了除霜效率，达到了节能的目的。