基于CFD的某輕客車型除霜性能提升

王海萍，崔建維

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

基于CFD的某輕客車型除霜性能提升

王海萍，崔建維

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某輕客車型空調除霜性能不達標問題，為了解決除霜風道氣流分配不均勻，利用CFD仿真數值分析的方法，通過對除霜風道的結構優化，達到改善整車除霜性能的目標。

空調系統；除霜系統；計算流體動力學（CFD）；試驗

汽車風窗玻璃的除霜性能是涉及汽車安全設計的一項重要指標，直接關系到駕駛員的行駛安全性，改善整車除霜性能是一項十分重要的工作，目前國標只針對M1類車型除霜性能有明確的要求。當前國內輕客車型基本采用的除霜系統大都是水暖制熱式汽車空調系統。整車乘員艙空間較轎車來說相對較大，同時對于匹配柴油發動機的輕客車型來說，由于發動機水溫較汽油機相對較低的因素，達成整車除霜性能很有難度，除霜風道設計的優劣體現得更為重要。該輕客車型除霜風道性能的優化設計過程中，應用了CFD數值分析手段，解決了除霜風道氣流分配不均勻的問題，達成了最終優化除霜性能的目標。

1 CFD分析與研究

1.1 除霜性能現狀描述

國標《GB／T 11555汽車風窗玻璃除霜和除霧系統的性能和試驗方法》中規定的除霜性能指標只針對于M1類車型，本文所述的輕客車型非M1類車型，所以本文所述的輕客車型除霜性能指標依據本企業標準《Q／JQ 8108商用車空調系統風窗玻璃除霜性能要求》的要求執行。表1為該輕客車型2012年的寒帶試驗數據。從試驗數據可以看出，該試驗結果與目標性能差距較大，有待改善。圖1為該輕客車型前擋風玻璃風霜除霜比例效果圖。

表1 -18±3℃除霜試驗數據

1.2 原因初步分析

汽車除霜風道的設計中，比較重要的參數是氣流沖撞角度和氣流在玻璃表面分布的速度。可以通過優化風道內部導流板的結構來實現該目的。

1.2.1 前擋風玻璃表面速度分布1

通過CFD分析，提取前擋風玻璃表面速度場分布，可以反映出氣流的流向和擴散趨勢。圖2分別表示1m／s、2 m／s、3 m／s的風速在前擋風玻璃上的分布情況，左側表示的是A′區，右側表示的是A區。

從分析結果來看，可以得出以下結論：1m／s的氣流能夠覆蓋整個A區和A′區以及B區的90%，但是玻璃底部左、右兩側均存在缺流斷層的區域；2m／s的氣流不能夠完全覆蓋A區和A′區，玻璃底部左、右兩側的缺流斷層區域面積增加；3 m／s的氣流分布更加不均勻、呈現柱狀的分布，覆蓋面積進一步減少。

初步判斷由于除霜風道內部導流板結構設計的不合理，導致除霜氣流撞擊擋風玻璃后不能夠均勻散開，氣流不能很好地附著于玻璃表面。

1.2.2 側除霜玻璃表面速度分布

通過CFD分析，對除霜玻璃表面速度分布進行確認。圖3分別表示1m／s、2m／s、3m／s的風速在側除霜玻璃上的分布情況，其中第1行表示的是駕駛側除霜玻璃，第2行表示的是副駕駛側除霜玻璃。

從分析結果來看，1 m／s和2 m／s的氣流可以覆蓋側除霜玻璃視覺的核心區域，但是從3m／s的氣流分布可以看出側除霜氣流與玻璃的撞擊點偏低，同時駕駛側的速度分布情況比副駕駛略差。

1.2.3 前擋風除霜流線

進一步利用CFD分析，對前擋風、側除霜玻璃的除霜流線分布進行確認，與之前的速度場分布結論一致，除霜風道內部的導流結構需優化。圖4為前擋風除霜流線，圖5為側除霜流線。

1.3 風道優化分析

經過之前速度場和流線圖的分析可以看出，氣流在擋風玻璃和側除霜玻璃上的速度分布需要改進，這就需要對除霜風道進行進一步的分析，以確定具體的整改措施。

1.3.1 主除霜風道分析

對主除霜風道的出風口速度場分布進行分析，由圖6可以明確看出風口的速度分布不均勻。

進一步進行主除霜風道內部氣流流線確認，從圖7可以確認風道出風口的速度分布不均勻，是由于風道內部導流板的結構設計不合理，需要對風道內部導流板的結構進行優化來解決該問題。

1.4 風道優化方案

基于以上的分析，對影響除霜性能的幾個主要風道部件進行優化設計。

1.4.1 主除霜優化

對主除霜風道內部導流板的結構進行優化，圖8為原型和優化后的內部導流板結構圖。

通過導流板結構的優化，可以減小風阻，提高氣流與擋風玻璃的貼合效果。

1.4.2 側除霜優化

對側除霜的優化主要是修改了側除霜出風口的結構，圖9為原型和優化后的側除霜出風口結構圖。

減少格柵數量，降低風阻，延長格柵長度，提高對氣流的向導能力，將格柵的角度向上調整17°，抬高撞擊點。

2 效果驗證

2.1 CFD分析驗證

2.1.1 前擋風玻璃表面速度分布

提取優化后的前擋風玻璃表面速度分布數據，圖10分別表示1m／s、2m／s、3m／s的風速在前擋風玻璃上的分布情況，圖10中左側表示的是A′區，右側表示的是A區。從分析結果來看，優化后的氣流分布有明顯的改善。

2.1.2 側除霜玻璃表面速度分布

提取優化后的側除霜玻璃表面速度分布數據，圖11分別表示1m／s、2m／s、3m／s的風速在側除霜玻璃上的分布情況，其中第1行表示的是駕駛側除霜玻璃，第2行表示的是副駕駛側除霜玻璃。從分析結果來看，優化后的氣流分布有明顯的改善。

2.2 寒帶試驗驗證

對于整改方案，進行寒帶試驗驗證，測試數據如表2所示。

圖12分別表示前除霜、側除霜玻璃除霜比例效果圖。

表2 -18±3℃除霜試驗數據

從試驗結果可以清晰看到，主除霜的試驗效果已遠遠超出了目標設定，雖然側窗除霜未完全除盡，但是不影響駕駛員觀察后視鏡。

3 結論

前期整車除霜性能不達標時，對除霜風道結構的設計優化過程大都依賴設計過程的數據測試和經驗的積累，對風道內部的結構進行修改，再通過一輪一輪的環模試驗進行驗證其有效性。本次輕客除霜風道的優化中，運用CFD技術對除霜風道的結構進行優化，可以大大縮短整改周期、試驗次數，最終通過寒帶試驗的驗證，該車的除霜性能已能滿足要求。

［1］王俊，陳如意.汽車除霜系統性能CFD分析與試驗［D］.武漢：武漢理工大學，2011.

［2］張曉蘭，陳江平.汽車空調除霜風道的數值優化［D］.上海：上海交通大學，2007.

（編輯 楊景）

The CFD Analysis and Solution of Defrost System Based on a Light Bus

WANG Hai-ping，CUI Jian-wei
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei 230601，China）

This article discusses defrost system performance of a light bus.CFD method are used to modify the structure of defrost duct for its unsatisfactory performance due to uneven air distribution.Through the structure optimization of defrost duct，the objective of improving defrost performance has been achieved.

air-conditioning；defrost system；computational fluid dynamics；test

U463.851

A

1003－8639（2016）04－0054－04

2015-05-18；

2015-05-27

王海萍（1986-），女，工程師，從事汽車空調系統開發工作；崔建維（1987-），男，助理工程師，從事汽車空調系統開發工作。