新型卡车除霜cfd模拟与试验验证

1、公司新型卡车除霜 CFD 模拟与试验验证技术中心 AVL 公司1. 前言汽车除霜性能是整车重要安全性能指标,是国家规定的强制检测的项目.传统设计方法主要依赖经验积累,而且直到试验样车试制完成后,才能进行开发试验,进行优化设计.导致设计周期长,设计开发成本加大。在新型卡车卡车产品设计初期用AVL SWIFT 模拟分析整车除霜性能,指导并优化设计。大大缩短了开发周期,降低开发费用。对提高我公司产品开发能力具有重要意义。2. 除霜系统设计关键及评价汽车除霜系统是将空气在暖风散热器加热,经由除霜风道、除霜喷嘴使热气流吹向前档风玻璃、侧车门玻璃,加热玻璃表面融化玻璃表面形成的霜及冰层。HVAC 系统送风

2、量、暖风放热量、除霜风量分配、除霜喷嘴形状及吹风方向是影响整车除霜系统性能的重要设计参数。整车除霜性能的评价指标是风挡玻璃的化霜的面积和速度。3. 计算模型及结果计算的 CAD 模型来自 J6R 车驾驶室和除霜风道的三维实体模型,从该模型出发,在 CATIA5中构造出流体空间。考虑到计算资源整车各部位密封良好，除对部分细节进行了简化和下列假设：外无空气泄漏。空气为可压缩流体，且符合 Boussinesq 假设车室内空气为完全紊流计算区域包含车室、座椅除霜风道(见图 12)。在 AVL SWIFT v8.4网格为混合型，以六面体网格为主,数目为 70 万(见图 35)。中进行网格划分,计算分两步

3、：第一步采用 AVL SWIFT 计算计算域内的稳态流场，第二步采用 AVL SWIFT中的 DEIcing、Thin Wall 模型（其中可定义风档玻璃上冰层厚度为 0.5mm,共分 4 层）计算瞬态的除霜过程（即冰的融解过程）。将除霜风道计算模型加入整车计算区域。除霜过程的计算原理如下:1冰与环境之间热传导：Tice 冰层温度Text 环境温度he 热对流系数Trext 环境辐射温度玻璃热传导：沿玻璃的法向方向进行热交换当 Tice 冰层温度0时，TiceTwallout当 Tice 冰层温度到达 0时，热平衡方程：是指冰层与 thin wall 之间导热量，是指冰层厚度，是总热流量，为熔

4、冰的质量密度，为冰的比热，为冰的密度。对以上热平衡方程求解，根据试验数据输入进口流量、出口压力、风档玻璃材料特性、材料的热传导特性等边界条件，计算中忽略璧面传热。进行瞬态计算,最终计算出除霜面积、除霜速度(见图 613)并按SAEJ902 等除霜标准对计算结果进行评价。图 1驾驶室图 2 风道2Inletoutlet图 3图 4网格图 5图 6分钟化霜结果图分钟化霜结果图分钟化霜结果图分钟化霜结果图 1022 分钟化霜结果图 1125 分钟化霜结果图 1227 分钟化霜结果图 1330 分钟化霜结果4. 试验验证:3按照 SAEJ902汽车风窗玻璃除霜系统规定的试验方法进行整车除霜试验。要求试

5、验进行 30 分钟后,C 区化霜面积 100%,A 区 80%。与以往传统试验不同的是，本项目使用多点温度仪，在试验过程中对除霜出口温度、发温度、暖风散热器水温等（见图 14）对除霜性能有影响的参数进行同步测量。图 14 传感器布置图分别采用手工绘制踪迹图、数码照相、红外热像仪的方法化霜结果。图 15 12 分钟化霜结果红外热像仪法：将热像仪布置在风挡玻璃前 3 米远位置，每隔 2 分钟拍 1 张化霜结果（见图 14）。该方法优点：能准确化霜过程，同时测量风挡玻璃上每点的温度值，便于验证 CFD 模拟计算值。4数码法：布置 3 台数码相机风挡玻璃、左右侧车门玻璃侧，试验开始后每隔2 分钟拍 1

6、 张化霜结果（见图 1521）。图分钟除霜结果图分钟除霜结果图分钟除霜结果图 1920 分钟除霜结果图 2025 分钟除霜结果图 2130 分钟除霜结果图 21 30 分钟除霜结果（使用雨刮）计算结果试验结果图 22 25 分钟除霜结果图 23 30 分钟除霜结果5. 对比分析结论：5比较以上计算结果与试验结果得出以下结论：初始化霜时间试验先于计算。产生原因是：除霜试验时环境温度-15，计算时环境温度是-18，二者的边界条件有些差异。因计算模型采用了一些假设条件，驾驶室、风道都为理想状态无计算的化霜速度比试验快。，所以初始化霜后，二者化霜趋势相同，最终化霜结果一致（见图），新型卡车车整车除霜性能满足要求。结束语 ：在公司新型卡车产品开发初期，使用 AVL SWIFT v8.4 进行整车除霜性