基于CFD技术汽车风窗玻璃除霜性能的数值模拟及优化

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1、基于CFD技术汽车风窗玻璃除霜性能的数值模拟及优化重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：刘旭阳指导教师：罗键教授企业导师：严旭高工学位类别：工程硕士（车辆工程）重庆大学汽车协同创新中心二O一七年十一月Vehicle-WindshieldDefrostingSystemSimulationandApplicationbyCFDMethodAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessio

2、nalDegreeByLiuXuyangSupervisedbyProf.LuoJianPluralisticSupervisedbySeniorEng.YanXuSpecialty:ME(VehicleEngineering)ChongqingAutomotiveCollaborativeInnovationCenterofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaNov.2017中文摘要摘要随着汽车行业的发展。汽车空调系统是汽车安全性和舒适性的重要总成之一。尤其汽车的除霜除雾

3、性能对汽车行驶安全性起着重要的作用。在冬季，汽车挡风玻璃与车外部环境接触一侧会析出霜层，霜层的出现会造成驾驶员的看不清前方路况，从而影响驾驶员的操作安全性。因此如何快速除掉霜层具有重要的实际工程意义。本文以正在研发的某两厢车为研究对象，研究适用于整车挡风玻璃除霜的数值模型方法。首先在STAR-CCM+中建立了整车除霜系统的瞬态数值模型。选择ThinFilm模型来代替汽车挡风玻璃上的霜层，用K型热电偶测得0-20min内的进风温升曲线作为边界条件。在试验过程中每隔5分钟拍摄挡风玻璃上霜层的变化，采用叶轮风速仪

4、记录四个除霜风口风速，最后将试验结果和数值仿真结果进行对比，验证了数值模型的准确性和可行性。数值模型建模确定后，本文以正在研发的某三厢车挡风玻璃除霜系统为对象，建立了整车的稳态数值求解模型，得到挡风玻璃的近壁面速度、除霜风管内的气流流动和除霜风量分配情况。为了更加方便的评价汽车除霜系统的性能，采用近壁面速度大小来预测除霜性能，对前挡风玻璃和侧面挡风玻璃提出了不同近壁面速度大小标准。对原始除霜系统进行数值求解，发现在前挡风玻璃上存在风速分配不均匀和两侧侧除霜风量较低等问题，造成前除霜和侧面除霜性能不达标，因此

5、考虑从前除霜格栅形式，除霜风道的分风结构和风量分配等角度对初始模型进行优化。通过对整车风窗玻璃除霜系统优化，考虑风量分配在除霜系统中对除霜性能的影响，采用挡风玻璃近壁面速度作为预测指标，获得最佳除霜系统的优化方案：（1）通过添加前除霜横条格栅，起到导流的效果，有助于将集中在A’的气流导向B区两侧“死角”位置，提升近壁面风速，改善除霜性能。（2）相比于在除霜风道内添加导流板，延长侧除霜分风板能够明显增加侧除霜风量，改善侧除霜效果。（3）在前除霜风管处添加一块导流板，改变除霜风管中间分风板形状，使得在除霜风管的

6、右侧流道呈“喇叭”形状。当气流通过除霜风管后，气流会在前挡风玻璃上呈“扇形”展开。基于CFD技术对除霜系统性能进行优化。计算结果表明，优化后的风窗玻璃除霜系统性能满足企业标准和国家标准，顺利推动了该研发项目，为后续新车型除霜系统的设计与优化提供了具有实际工程价值的参考。I重庆大学硕士学位论文关键词：数值模拟，HVAC，除霜试验，除霜性能优化II英文摘要ABSTRACTWiththedevelopmentofautomobileindustry,customerdemandsforautomobile’ssa

7、fetyarealsoimproving.Automobileairconditioningsystemisoneofthemostimportantassembliesofsafetyandcomfort.Thedefrostingperformanceoftheautomobilehasasignificanteffectonthesafetyofthecar.Inthewinter,thewindshieldmaygrowupafrostlayer,leadingtoblockthedriver’sv

8、iewandeffectthesafetyofdriving,soithassignificantengineeringmeaningofhowtodefrostingtheicelayerquickly.Atwo-compartmentvehiclewastakenasresearchproject,researchingthesuitablesimulationmethodofthewindshielddef