采用CFD稳态和瞬态分析技术提升车辆除霜性能

怀自力 陈伟

摘 要：本文利用CFD软件对车辆除霜性能进行稳态仿真，找出原设计性能不佳的原因，通过对风道结构设计的改进提升风窗玻璃表面风速覆盖情况，并通过瞬态仿真验证改进后的性能，结果表明除霜性能改善明显。

关键词：除霜性能;风道设计;稳态仿真;瞬态仿真

汽车空调的除霜性能直接影响驾驶员视野情况和驾驶安全，是衡量空调系统性能的关键指标。CFD分析能够验证空调系统设计的合理性，可以为设计改进提高依据，大大缩短开发时间[1]。

本文中的车型客户感知除霜模式下副驾位置除霜效果不佳。为了提升性能本文利用STA-CCM+仿真软件进行问题排查和性能提升。

1 模型建立

本分析所建的设计模型包括空调主机（HVAC）、除霜风道、格栅、封闭乘员舱（方向盘、仪表台、ABC柱、风窗等）。其中前风窗根据国标要求[2]进行A区A`区B区划分，侧风窗根据驾驶员视野范围进行视野区/非视野区划分，根据除霜气流出口位置划分为左侧、中左、中右、右侧风口，图1为本车型的模型视图。

在前处理软件Hyper-mesh中对以上所述的数模进行网格划分后进入Star-ccm+软件中进行分析。模型选用带边界层的多面体网格，空调系统蒸发器和散热器采用无边界层的多孔介质处理。本车型所用空调风机除霜模式下最大风量325.6m3/h。

2 问题排查

经分析，原设计四个出风口的风量分风比符合设计要求，且问题所指的副驾位置风口风量比主驾风量更大。如表1所示。排除由于风量分配而导致的问题。

通过分析前窗玻璃表面最大风速覆盖区域状况，可以看出副驾位置（A`区）风速有明显的低风速区（风速≤1m/s），符合客户感知的副驾除霜效果不佳的情况。主驾位置（A区）左上角也有小面积低风速区，侧风窗视野区没有低风速区。如图2所示。所以设计需要改进前风窗表面高风速覆盖区域。

3 改进方案描述

通常改进风窗表面风速覆盖状况可以通过改进出风口格栅设计、仪表台风口造型设计、仪表台出风口开口面积设计等措施。但针对本车型，车辆已接近量产阶段，以上改进措施受限于开发周期和成本增加均不适用。本次将从除霜风道结构上进行改进。

针对风道外部轮廓和内部隔板设计结构，共提出五个改进方案，与原设计对比如图3。

4 改进方案的稳态分析

依旧采用建立的仿真分析模型分析分风比。从表2看出，case3分风比不符合设计要求不采纳，其他方案均符合设计要求。

除case3外，分析其他四个改进方案的风速覆盖情况。结果如图4所示。

Case1副驾和主驾低风速区都有改善，但还是存在低风速区;case2副驾缺流严重，不采纳;case4和case5主驾副驾均没有低风速区，侧窗视野区气流均覆盖完整，但A区和A`区交界处case5风速分布更完整。以上改进方案采纳case5。

5 改进方案的瞬态分析

稳态分析完成后，将进行case5方案的瞬态分析，图5为瞬态分析不同时刻对应的前挡玻璃溶霜图。将分析结果与国标要求[2]对比，结合云图可知，case5方案实施后满足国标要求，副驾除霜性能改进显著。

6 结束语

本文针对客户感知的副驾除霜效果不佳的问题，对除霜性能进行流场仿真分析，通過稳态分析找出问题在于A`区域高风速气流覆盖率低。通过对风道结构的设计改进，提升覆盖率。通过瞬态分析验证改进后除霜效果符合国标要求，同时改进了A`区的气流覆盖状况，性能提升显著。

参考文献：

[1]胡忠辉，史东林等.基于STAR-CCM+的汽车除霜分析[J].汽车工程师，2014（03）：50-53.

[2]国家发展和改革委员会.GB/T 11555 汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能和试验方法[S].

作者简介：怀自力（1984-），男，安徽亳州人，硕士，工程师，主要从事整车系统性能开发研究。