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10.16638/ki.1671-7988.2021.010.020汽车风挡玻璃除霜效果CFD分析王东（苏州建设交通高等职业技术学校汽车工程系，江苏苏州215000）摘要：霜是由冰晶组成，是空气中的相对湿度到达100%时，水分从空气中析出的现象。
汽车挡风玻璃表面的霜是由于挡风玻璃温度低于0℃时，接近地表空气中的水汽直接在玻璃上凝华而成。
在日常用车过程中，也会出现汽车前挡风玻璃表面被一层霜所覆盖的情况。
此时车主往往会选择使用汽车除霜功能，其本质是从前挡风玻璃下方吹入热空气，以融化挡风玻璃表面的霜，从而达到除霜的目的。
文章通过流体力学软件分析揭示了汽车除霜的过程。
关键词：除霜；玻璃；分析中图分类号：U463.85 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)10-71-02CFD Analysis on Defrosting Effect of Automobile WindshieldWang Dong（Department of Automotive Engineering, Suzhou Institute of Construction & Communications, Jiangsu Suzhou 215000）Abstract: Frost is composed of ice crystals. It is a phenomenon of water precipitation from the air when the relative humidity in the air reaches 100%. When the temperature of windshield is lower than 0 ℃, the water vapor in the air close to the ground surface condenses on the glass directly. In the daily use of cars, the front windshield surface will be covered by a layer of frost. At this time, car owners often choose to use the car defrost function. Its essence is to blow hot air under the front windshield to melt the frost on the windshield surface, so as to achieve the purpose of defrosting. This paper reveals the process of defrosting through the analysis of fluid dynamics software.Keywords: Defrost; Glass; AnalysisCLC NO.: U463.85 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)10-71-02前言霜冻在秋、冬、春三季都会出现。
![汽车空调除霜性能分析[1].pdf](https://img.taocdn.com/s1/m/27693220af45b307e8719707.png)
汽车空调除霜性能分析The CFD Simulation of Auto HVAC DefrostingPerformance王天英，黄涛，朱杰（上汽集团股份有限公司技术中心/动力总成集成部，上海，201804）关键词：汽车空调，除霜，风道，计算流体力学（CFD）摘要：汽车空调除霜性能对汽车的安全性至关重要。
本文利用数值模拟方法对不同的侧除霜出风口的除霜性能进行对比研究，从中选出合适的方案新车使用。
并模拟霜层融化过程，考察当前风道的除霜效果。
Abstract: The defrosting performance of auto HV AC is very important for driving and traffic safety. This paper studies defrosting performance with different side defrosting outlet and to select one type for new car. To study the effect of defrosting with current duct, we also simulated the process of the frost thawing.Key words: Auto air condition, Defrosting, Duct, Computational fluid dynamic (CFD)1．前言汽车空调是空调技术在汽车上的应用，其目的在于创造车室内舒适的气候环境，保护驾驶员和乘客的身体健康，改善驾驶员的工作条件，提高汽车的安全性能。
我国幅员辽阔，南北气候差异大，因此在北方地区除霜问题显得尤为重要。
除霜功能是指清除前风窗玻璃上附着的霜层，为驾驶员提供安全可行的视线环境。
在国内，GB11556-94对汽车的除霜系统性能做出了严格的要求[1]。
在某车的研发过程中，造型提出了两种侧除霜风口位置方案。
技Technical Communication基于STAR-CCM+的汽车除霜风道CFD分析及优化王春海，刘永强(保定长安客车制造有限公司，河北定州073000)摘要：利用（TAR-CCM+三维流体分析软件对某款商用车的除霜除雾风道进行稳态C F D数值模拟分析，计算出各出风口分风比例未达到要求，且风窗上气流速度分布也未满足要求。
通过优化除霜风道，改善了分风比例，增大了风窗上的风速，使其能达到除霜除雾的要求。
关键词：除霜除雾；CFD%分风比例中图分类号：U463.851 文献标志码：A文章编号：1003-8639% 2019 &03-0058-03CFD Analysis and Optimization of Automobile Defrosting Duct Based on STAR-CCM+WANG Chun-hai,LIU Yong-qiang(Baoding Chang’an Bus Manufacturing Co.,Ltd.,Dingzhou 073000, China) Abstract：A commercial vehicle defrosting duct is simulated by using STAR-CCM- three-dimensional fluid analysis software.The results show that the air distribution ratio of each outlet does not meet the requirements,and the air velocity distribution on the window does not meet the requirements neither.By optimizing the defrosting duct, the air distribution ratio is improved,and the wind speed on the window is increased,so that it can meet the requirements of defrosting.Key words：defrosting；CFD；air distribution ratio作为汽车在寒冷环境下行驶时对驾驶员视野、行车安 全的必要保障，空调系统除霜除雾性能是整车开发中一项 重要的指标。
汽车除霜的计算流体力学仿真随着气温的降低，汽车除霜越来越重要。
汽车除霜是指利用热空气或其他能源，快速去除车窗上的冰霜和雪，以保证驾驶的安全性。
在汽车除霜过程中，利用计算流体力学（CFD）仿真模拟，能够模拟出流场、传热、质量传递等过程。
通过CFD仿真，可以为汽车除霜提供有效的技术支持。
在汽车除霜中，空气流动是关键因素。
通过CFD仿真，可以建立几何模型，为以下步骤提供支持：1、设置汽车模型和窗户结构。
车身建模可以基于缩放比例建模或通过测量数据建模。
窗户的结构和材料可以反映实际情况，并考虑不同条件下的性能。
2、设置气流边界条件。
通过设置流量、速度和温度等参数，模拟真实的空气流动。
3、对不同条件下的汽车及窗户进行优化。
针对不同的温度和气流速度，分别对车身和窗户进行优化。
通过CFD仿真，可以实现空气流动及其温度在车窗上的分布预测。
在汽车除霜过程中，使用热空气去除冰霜。
这需要使用汽车发动机的热能产生热空气，并通过特定的通道将其引入车窗内部，以去除窗户上的结冰。
然而，在汽车热能与热空气的流动条件下，需要考虑低真空度、冷凝等问题。
通过CFD仿真，可以分析热空气流动条件下的真空度、冷凝等问题，并设置合理的参数，以保证汽车除霜的效果。
在CFD仿真中，根据车辆和窗户的结构、温度和流场参数，研究汽车除霜优化方案，并可优化告诉模型设计，从而将效果最大化。
通过模拟气流、传热和质量传递等过程，可以选择最佳方案，以最大化除霜效果，提高出车行驶的安全性。
总而言之，汽车除霜的计算流体力学仿真，在确定汽车车身和窗户的结构和材料，以及优化除霜方案方面提供了强有力的支持。
通过CFD仿真，可以快速而准确地模拟汽车环境；确定最佳的汽车除霜方案。
这可以大大提高汽车除霜的效率，为驾驶者提供更为安全、更为舒适的行驶环境。
除霜效果不仅与汽车窗户的设计和材料有关，还与车身周围的气流、温度和湿度等环境因素有关。
通过CFD仿真，可以模拟不同环境下的空气流动和温度分布，从而优化除霜方案。
汽车除霜系统性能的数值模拟The CFD Simulation for Automotive Defrost SystemPerformance王俊，陈如意，李慧强（吉利汽车研究院工程分析部，浙江临海，31700）摘 要：本文通过STAR-CCM+中的稳态计算来预测汽车空调的除霜性能。
并对修改后的侧除霜性能进行了验算。
最后用瞬态模拟，获得前挡风玻璃上随时间变化的除霜效果图，与国标要求进行对比，为汽车除霜系统性能的模拟工程提供了参考。
关键字：CFD，除霜分析，汽车空调，STAR-CCM+Abstract: The performance of automotive defrost system is evaluated by using steady simulation in STAR-CCM+. Then, The same method is adopted to analyse the Modified model. Finally, Implicit unsteady simulation is used to research the contours of liquid fraction on windshield, which is evaluated by referring to national standards(GB11556-1994). This article provides a reference to the simulation on the defrost performance of automotive HVAC system.Key words: CFD, Defrost, Automotive HVAC system, STAR-CCM+1 前言随着消费者对汽车性能的要求越来越高，为了及时赢得市场份额，汽车厂商的研发周期愈来愈短，对研发人员的设计能力也提出了新的挑战。
汽车风挡和侧窗除冰的CFD分析CFD Analysis of Automotive Windshield and Side Glass De-icing Simulation周俊龙( 延锋伟世通汽车饰件系统有限公司技术中心)(上海市钦州北路1001号 200233)摘 要: 为满足法规对汽车风挡和侧窗的除冰要求，缩短汽车的开发时间和降低开发成本，汽车空调的除冰性能模拟正在变的越来越重要。
风挡和侧窗的除冰模拟不仅由于几何复杂，而且包括两种热传导模式(热传导和对流)与空气流动的相互作用。
本文通过FLUENT软件介绍了除冰过程中的两种数值模拟过程。
关键词:汽车空调 除冰 联邦法规1. 概述由于除冰试验的高昂成本和较长周期以及随后的设计更改导致的重复试验，除冰的CFD模拟得到了越来越多的OEM和供应商的青睐。
本文介绍了风挡和侧窗除冰模拟的两个过程：风挡除冰的车内流场分析和除冰过程分析，并给出了某车型的CFD分析结果。
2. 设计参数1Defroster 和Demister出口是HV AC管道的重要组成部分，它们的主要功能是将来自于HV AC的热气流导向到风挡和侧窗的玻璃上。
热气流通过加热玻璃使附着在玻璃外表面上的冰层得以融化。
除冰的性能通常用融化冰层时间的长短来评价。
如SAE J902要求在30分钟内，C区内的所有冰层及A区至少80%区域内的冰层必须被清除干净。
美国联邦法规则要求在20分钟内，前风挡玻璃上C区内至少80%的冰需被清除。
中国法规则要求20分钟内清除A区内至少80%的冰层，25分钟内清除A’区内至少80%的冰层，40分钟内清除B区至少95%的冰层。
为了满足上述法规的要求，有几个重要的参数在设计时必须给予重视，如defroster的出口位置、气流的喷射角度、defroster出口处的横截面积及外观形状、导向叶片的数量等。
在这些参数中，最重要的是气流的喷射角度和气流速度。
为确保气流喷出后沿风挡玻璃移动而不脱离风挡玻璃，这两个参数必须要优化。
汽车空调除霜性能的CFD模拟
The CFD Simulation of Auto Air Condition Deicing
Performance
张建立1，赖征海，邹治
（沈阳华晨金杯汽车有限公司研发中心，辽宁 沈阳 110044）
王硕2
（北京中流汉泰科技有限公司，北京 100096）
关键词：除霜；风道；网格；数值模拟；CFD
摘要：汽车空调除霜性能对汽车驾驶和交通安全非常重要，本文利用CFD方法对某型汽车的除霜性能进行了分析，并对除霜风道进行了改进，最终得到了满足设计要求的除霜系统。
Abstract: The deicing performance of auto air condition is very important for driving and traffic safety.This paper discusses the application of the CFD method in our automobile in deicing simulation,and introduces how we modify the deicing duct and get a good result.
Keyword: Deicing；Ventilation duct；Numerical simulation；Computational Fluid Dynamics
1前言
冬天气温下降到零度以后，停在户外的汽车玻璃上会结上一层冰霜，特别是在我国北方地区，结在汽车玻璃上的霜冻会严重影响驾驶员的视野，对行车安全产生危害。
因此，有效的除霜系统是十分必要的，它应该尽可能快地除去车窗玻璃上的霜层。
为此SAE发展了一套工业标准，包括标准的试验过程和汽车前风挡除霜系统的性能指标。
不同的国家和不同的汽车制造商也有自己对此的标准，在国内GB11555-94对汽车的除霜系统性能做出了严格的规定[2]。
本文主要介绍了在某车型的除霜系统的开发过程中，利用CFD软件STAR-CD对其进行了稳态情形下的全热除霜模式下的CFD分析，得出了除霜风道各出风口的风量分配，风道和乘客舱内的速度矢量和压力分布，特别是前挡风玻璃和前侧窗上的速度矢量图。
根据CFD分析结果，提出风道设计的改进建议，并根据修改方案修改除霜风道数模，最终得到了满足设计要求的除霜系统。
1jianli.zhang@
2sinoflow@
2.计算模型的建立及方案确定
2.1 几何模型建立
根据某车型的三维CAD实体模型，分别选择HVAC、风道和车身的内表面生成模拟空间。
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，需要对车厢内表面做一些简化处理。
但对模拟的关键部件，如HVAC、风道等的细部结构则应尽量保留，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，再导入到ICEM-CFD中生成体网格。
根据划分网格的重要性，不同的表面在Hypermesh中分成不同的组，导入到ICEM-CFD后会分成不同的Family。
2.2 网格生成
在本次分析中，采用ICEM-CFD划分CFD体积网格，如图3所示。
由于几何造型的复杂性，为精确模拟风道等细节，决定采用四面
体网格。
为减少网格生成所花时间，对于未
改变几何的部分采用网格继承方法，不做修
改。
由于风道系统是优化重点，所以把超过
50%的单元数放在风道内部，以强化对风道流
动细节的了解。
另外在前风挡、前侧窗、除
霜隔栅和人体表面，网格也需要细化。
图3I C E M-C F D体积网格
2.3 边界条件
本分析采用以HVAC 的进口为入口，为INLET 边界条件。
出口条件设在经过处理的后挡风下延的出风位置处，为Pressure 压力边界条件，并在原有出口表面上拉伸出一条通道，以防止出口边界上有回流产生。
2.4 计算过程
算法：SIMPLE 算法；
格式：二阶迎风格式（MARS）；
最大残差：0.001；
求解方法：AMG；
在本设计中采用高雷诺数k－ε模型，它经证明适用于模拟汽车内外流场这种高雷诺数的情况[1]。
由以上可知，本次CFD 分析过程主要包括建立数学物理模型、数值算法求解及结果可视化三部分，如图4所示。
后处理
求解
前处理
3.计算结果分析
经过分析，我们得到了除霜风道各出风口的流量分配以及风道和驾驶室内的压力和速度矢量分布等，并针对风量分配的大小及部分区域存在涡流的情况，对风道入口大小及风道形状进行了更改。
本次设计前后进行了四轮更改和分析，最后得到了比较满意的结果。
下面主要以前挡风玻璃和前侧窗上的速度矢量分布的变化介绍了本次设计的优化更改过程。
3.1 第一轮分析结果
经过第一轮分析，存在的问题是：侧除霜风口主流动区与侧窗的交点偏后偏上，影响驾驶员观察外后视镜的视线；另外，中央挡风玻璃上的除霜面积偏小偏上，如图5所示。
我们第一轮首先集中精力调整侧除霜，具体方案是：调整侧出风口格栅角度，使之由原来的横向改成纵向放置，片数改为两片，方向朝侧窗，以使侧除霜的气流出口相对于侧窗而言更靠前和靠下。
图5 第一轮分析结果
3.2 第二轮分析结果
在这轮分析中，侧除霜吹点前后方向的位置点已基本符合要求，但上下方向位置略微偏低；另外前风挡驾驶员和副驾驶员侧头部附近存在回流区，如图6所示。
办法是对除霜格栅角度进行微调，使侧除霜气流略向上移；调整中央除霜格栅的角度使两侧各自的气流以扇形展开，从而在前风挡形成覆盖AB区的速度均匀的流场；另外将前风挡格栅的流通面积加大，所有封闭栅段全部打开，增大流通面积。
图6 第二轮
分析结果
3.3 第三轮分析结果
第三轮分析后，侧除霜基本满足要求，达到设计目标。
3米速度暖风范围可以覆盖前窗AB区的绝大部分，前风挡上可以清晰分辨气流撞击区位置和左右流动分界线，如图7所示。
主要问题是在挡风玻璃上左右侧A柱附近存在小尺度回流区，但直观判断不影响AB区初霜效果；另外在前窗中部车顶附近还有小尺度回流区，具体办法是进一步调整中央除霜格栅角度，使气流进一步向两侧散开；另外由于格栅全部放开后中央除霜流量比例偏大，建议中央除霜条左右各堵塞一个孔。
图7 第三轮分析结果
3.3 第四轮分析结果
在第四轮分析中，可以看到在B区上部中央部分存在有部分低速区但是速度不小于2.0m/s，3米速度暖风范围可以覆盖A区的全部和B区97%的区域，远大于技术规范中的2米风速的要求，如图8所示，因此可以认为满足设计要求。
图8 第四轮分析结果
4结论
（1）应用CFD方法对某车型的除霜性能进行了模拟，对除霜风道进行了优化设计，计算结果表明，各种速度矢量、压力分布等情况均符合正常规律，能够满足设计要求。
（2）应用CFD方法在产品开发阶段，可以大大缩短开发周期，节省开发费用，分析结果对于设计开发人员优化产品设计具有重要参考价值。
（3）分析结果还需要进行实验验证。
参考文献:
[1] STAR-CD帮助文档.
[2] 汽车除霜性能CFD分析.中国仿真科技论坛电子期刊 No.8.
[3] 邹治，刘栋.华晨M3车型CFD分析阶段总结报告.
[4] 陶文铨.数值传热学.西安:西安交通大学出版社。
