基于STAR-CCM+的汽车涉水分析.pdf

《基于STAR-CCM+的汽车涉水分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于STAR-CCM+的汽车涉水分析郑鑫1，乔鑫2，孔繁华3（华晨汽车工程研究院，沈阳110141）摘要：大雨过后路面会存有大量积水，车辆涉水行驶非常普遍，汽车涉水能力的大小也是衡量汽车质量水平的重要指标。本文利用STAR-CCM+对某型汽车做涉水分析，观察水流对防火墙的冲刷情况，并对此进行了改进，避免防火墙直接被水冲刷，解决了防火墙渗水的问题。关键词：汽车涉水；STAR-CCM+；防火墙；冲刷；渗水。0前言当今全球气候变暖，夏季雨量增大，大雨过后路面会存有大量积水，车辆涉水行驶非常普遍，因此汽车涉水能力受到各汽车企业的重视。车辆涉水严重，主

2、要会出现以下情况：1）现在车辆电子化程度越来越高，线路特别繁杂，车辆在涉水后很容易导致各电路接口和插口进水。涉水后的车辆一般当时看不出什么问题，但进水的位置时间长了就会被氧化，问题也会随之而来；2）车辆在过水路面时，大量的积水会冲击到车内防火墙上，由于水流急，压力大，时间过长，防火墙会出现渗水现象；3）汽车涉水对发动机的影响比较大，如环境水导致电器短路、水进入进气管导致气缸进水、进入机体而稀释润滑油、对机体具有冷却作用；4）发动机涉水时，对润滑系统影响比较大。油底壳位于发动机底端，涉水时首先与水接触，随着涉水深度的提高，油底壳部分或全部没于水

3、面下，高温润滑油通过壳壁与水发生热交换，润滑油温度下降、黏度减小，导致润滑不良，摩擦损失增加，燃油消耗率增加。本文根据实际路试反馈信息，发现在车辆涉水试验过程中，防火墙出现渗水现象。为测出渗水的主要位置，现运用CFD软件STAR-CCM+进行车辆的涉水仿真。1计算模型的建立及方案确定1.1几何模型建立根据某车型的三维CAD实体模型，分别选择发动机舱内部各零部件、前格栅、车轮和车身的外表面生成模拟空间。考虑到汽车产品的复杂性，为了节约时间和减少网格数量，在不影响模拟精度的前提下，把汽车底盘部分处理成一个平板。但对模拟的关键部件，如前格栅、发动机

4、舱内的散热器、风扇等部件则应尽量保留原样，如图1所示。由于CFD网格划分需要在一个封闭的空间内进行，而CAD模型之间有一些缝隙和漏洞，如果直接在CAD软件中进行模型的前处理，需要花费大量的时间和精力，因此，我们采用先在Hypermesh中划分三角形的表面网格，如图2所示，这样表面的连接和修补相对容易，然后输出为Patran格式。华晨汽车工程研究院，车身CAE工程室，xin.zheng@brilliance-auto.com图1几何模型图2Hypermesh表面网格1.2网格生成在本次分析中，利用STAR-CCM+先进的网格生成工具进行面网格重

5、构和体网格的划分工作，其中中冷器、冷凝器和散热器采用多孔介质的计算模型。计算区域取为长方体，长宽高分别为32m×6m×7m，上游距前车轴8m，如图3所示。整个模型采用12面体网格划分，体网格总数为3739120个。图4为整车体网格图。图3计算网格图4整车体网格1.3边界条件确定分析中有水和空气两种流体介质，入口采用速度入口边界条件，入口速度根据实际路况速度设置，如表1所示，出口为压力出口边界条件。侧面及顶部采用滑移壁面边界条件，底部及车身表面采用无滑移壁面边界条件。紊流模型采用高雷诺数k-ε湍流模型。采用SIMPLE算法进行计算。表1初始条件

6、方案(一)(二)(三)(四)涉水深度100mm100mm200mm200mm行车速度30kph10kph30kph20kph2计算结果与分析2.1原始模型计算结果不同涉水深度和不同车速下，防火墙上的压力分布情况，如图5所示。通过计算，我们可以看到，当车速越快，水越深时，冲击到防火墙上的压力就越大；相同速度时，随着水不断增深，压力变化比较明显；所有方案都有一个共同点，压力最大值都发生在防火墙的中底部，偏于副驾驶员侧；其中压力最大值的情况为车速30kph，涉水深度为200mm时，压力值为7500Pa。方案一方案二方案三方案四图5不同涉水深度不同车

7、速时防火墙上压力分布图方案一方案二方案三方案四图6不同涉水深度不同车速时防火墙上水的体积分数显示图水的体积分数大小表示水含量的多少，不同涉水深度、不同车速时，防火墙上水的体积分数，如图6所示。图中由方案一可知，驾驶员侧的防火墙溅到的水比较多；方案二与方案一相对比，由于车速的下降，飞溅到防火墙上的水较少，但有水的区域是相同的。方案三，由于涉水较深，车速较快，水飞溅到防火墙上的区域比较大，几乎遍布整个防火墙；相比方案三，方案四由于车速下降，由车底反噬的水被防火墙底部阻挡，只能沿着防火墙的形状贴伏在防火墙上，而不能飞溅，导致防火墙中底部到副驾驶员侧

8、飞溅到的水量较大。图7路试与方案四对比路试的进水过程截图与方案四涉水分析结果对比可知，车辆涉水的过程比较相似，如图7所示。综上所述，方案四(涉水深度200mm，车速