輕卡駕駛室除霜風(fēng)道除霜性能分析

輕卡駕駛室除霜風(fēng)道除霜性能分析

有效的除霜系統(tǒng)駕駛安全非常重要。在文獻(xiàn)中，對汽車的除霜系統(tǒng)性能有嚴(yán)格規(guī)定。本文主要介紹了某輕卡駕駛室除霜系統(tǒng)的整改過程,利用CFD軟件GAMBIT、TGRID、FLUENT對其進(jìn)行了風(fēng)道出口的流量分配、出口段的速度場與壓力場求解,得出了除霜風(fēng)道各出風(fēng)口的風(fēng)量分配。根據(jù)CFD分析結(jié)果,提出風(fēng)道設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議,并根據(jù)修改方案修改除霜風(fēng)道數(shù)值模型,最終得到了滿足設(shè)計(jì)要求的除霜系統(tǒng)。1在一定條件下生成網(wǎng)格在整個(gè)CFD模擬分析過程中,采用前處理軟件GAMBIT、TGRID建立空調(diào)風(fēng)道的流動(dòng)空間以及其內(nèi)部的網(wǎng)格單元;采用求解器FLUENT分析內(nèi)部的速度場、壓力場。實(shí)施過程如下:(1)根據(jù)風(fēng)道的幾何模型,使用GAMBIT創(chuàng)建相應(yīng)的計(jì)算域。(2)在計(jì)算域中,對每個(gè)邊界進(jìn)行一定的簡化(去除小面、短邊等)。(3)在計(jì)算域中對所有的面進(jìn)行面網(wǎng)格的劃分,劃分方式為TRI-PAVE,即三角形的平鋪網(wǎng)格生成方式。(4)在生成所有的面網(wǎng)格之后,對邊界條件的類型進(jìn)行定義(進(jìn)口、出口、壁面及隔板等)。(5)將創(chuàng)建好的面網(wǎng)格以及邊界條件輸出至TGRID軟件中,使用TGRID的網(wǎng)格處理功能,對面網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行修正。(6)使用TGRID進(jìn)行三維體積網(wǎng)格的創(chuàng)建,網(wǎng)格類型為四面體網(wǎng)格。(7)將創(chuàng)建的三維網(wǎng)格導(dǎo)入FLUENT中,對體網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行修正。(8)在FLUENT中,將長度單位調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)單位(m)。(9)定義物理模型的類型以及邊界條件的數(shù)值。(10)進(jìn)行風(fēng)道風(fēng)量分配的計(jì)算。1.1模型流量分配計(jì)算結(jié)果本次模擬中一共改動(dòng)了6次,在原數(shù)值模型Out3的位置增加了一道擋板并調(diào)整In處擋板的位置及角度,選取對除霜過程最有利的風(fēng)道模型作為最終的計(jì)算模型,用于除霜過程的模擬。為了節(jié)省篇幅,現(xiàn)將最初模型與最終模型的流量分配計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理,并加以對比。原始幾何模型及局部網(wǎng)格示意,如圖1、圖2所示。原始模型的網(wǎng)格劃分采用在GAMBIT中創(chuàng)建三角形面網(wǎng)格單元,然后采用TGRID創(chuàng)建四面體體積網(wǎng)格(如圖2中所示),創(chuàng)建的網(wǎng)格數(shù)量為:三角形面網(wǎng)格單元2023484個(gè),四面體網(wǎng)格單元968909個(gè)。改變風(fēng)道內(nèi)部結(jié)構(gòu)后的幾何模型及局部網(wǎng)格示意圖,如圖3、圖4所示。改進(jìn)后的模型網(wǎng)格劃分與原始模型的劃分方式相同,劃分的網(wǎng)格數(shù)量為:三角形面網(wǎng)格單元911628個(gè),四面體網(wǎng)格單元432143個(gè)。1.2風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)速度及壓力耦合分帶(1)采用有限體積法(FVM)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。(2)求解器采用FLUENT6.2中的Segregated(分離求解器)。(3)對N-S方程組進(jìn)行離散后求解。(4)計(jì)算與時(shí)間無關(guān),采用穩(wěn)態(tài)算法。(5)計(jì)算中根據(jù)進(jìn)口流量折算出進(jìn)風(fēng)口處的進(jìn)風(fēng)速度為4.1m/s(體積流量為250m3/h,風(fēng)道進(jìn)風(fēng)口的截面積為0.0168m2,因此進(jìn)風(fēng)速度為4.1m/s)。(6)在3個(gè)出風(fēng)口的邊界上定義出口背壓,因?yàn)槌鲲L(fēng)口皆通向駕駛艙,所以計(jì)算中設(shè)定3個(gè)出風(fēng)口的背壓相同,為101.325kPa。(7)根據(jù)雷諾數(shù)判定風(fēng)道內(nèi)為湍流流動(dòng),因此采用湍流模型中最適合此類計(jì)算且魯棒性強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。(8)貼近壁面的位置,由于網(wǎng)格沒有進(jìn)行局部加密,且Recell較高,因此采用壁面函數(shù)法進(jìn)行近壁面的處理。(9)對于風(fēng)道的進(jìn)口位置,進(jìn)口的湍流強(qiáng)度為5%,粘性比為2(經(jīng)驗(yàn)值);對于壓力出口處,如果存在回流,則回流的湍流強(qiáng)度為5%,粘性比為2。(10)求解過程中,對于壓力項(xiàng)的離散采用標(biāo)準(zhǔn)的離散方式,既保證其精度又保證其穩(wěn)定性。對于動(dòng)量方程的離散采用一階迎風(fēng)(firstupwind),對于湍動(dòng)能以及耗散率的離散同樣采用一階迎風(fēng)的離散方式。(11)速度與壓力之間的耦合采用SIMPLE算法。(12)計(jì)算的收斂判定為連續(xù)性方程殘差小于0.001,動(dòng)量方程殘差小于0.001,湍流方程殘差小于0.001。(13)各個(gè)方程的松弛因子采用默認(rèn)的設(shè)置。2兩側(cè)熱風(fēng)風(fēng)壓風(fēng)道流量分配的技術(shù)要求如下:中央風(fēng)管風(fēng)量和為81%～76%,兩側(cè)風(fēng)管風(fēng)量和為19%～24%;前風(fēng)窗處風(fēng)管出口風(fēng)速4～5m/s,兩側(cè)風(fēng)管出口風(fēng)速2～3m/s。(1)添加a.9%,插裝置時(shí),現(xiàn)有樹種為9.9%;空液壓改至7.9.9%,改變傳統(tǒng)為7.9%;空液壓變動(dòng)后為77.9%,改壓藥為77.9.9%;空液壓變動(dòng)后為97.9%;空液壓插裝,數(shù)詞為77.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9.9由表1可知,中央風(fēng)管風(fēng)量總和所占的體積比,原始值為65.8%,改動(dòng)后為79.9%;兩側(cè)風(fēng)管出風(fēng)量總和所占體積比,原始值為33.1%,改動(dòng)后為20.1%,所以,改動(dòng)后風(fēng)量分配基本符合流量分配的技術(shù)要求。(2)圖5和圖6顯示了原始模型和改造后模型風(fēng)道附近的速度向量云圖通過調(diào)整擋板,可使風(fēng)道兩側(cè)的風(fēng)量變小。從圖5、圖6可見,改動(dòng)后模型中流動(dòng)分布最為合理,中央風(fēng)道的速度分布更加均勻,回流區(qū)域明顯減少。(3)例如，圖7和圖8顯示了壓力場由圖7、圖8可見,改動(dòng)后模型中壓力變化范圍相對減小,流動(dòng)損失降低。3中央出口流量分配偏小,符合壓力分配的技術(shù)要求,長(1)應(yīng)用CFD方法對某輕卡駕駛室空調(diào)的除霜性能進(jìn)行模擬,對除霜風(fēng)道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),計(jì)算結(jié)果表明,原始模型兩側(cè)出口流量偏大,中央出口流量分配偏小;改動(dòng)后模型風(fēng)量分配基本符合流量分配的技術(shù)要求,且改動(dòng)后模型中流