汽車風擋玻璃除霜效果CFD分析

王 東

（蘇州建設交通高等職業技術學校汽車工程系，江蘇 蘇州 215000）

前言

霜凍在秋、冬、春三季都會出現。霜是接近地層空氣中的水汽，直接在地面或近地面的物體上凝華而成的。溫度越低，空氣密度就越大，比重也越大。隨著空氣的流動，最冷、最重的空氣就會往最低處流動，到達最低處停留后，逐漸積聚凝華成霜。

1 建立模型

汽車前擋風玻璃除霜是一個復雜的物理過程。除霜效果受汽車品牌、車輛大小、環境溫度等較多因素影響。本文旨在通過軟件仿真模擬除霜的物理過程，為便于計算，將部分不影響揭示除霜過程計算的條件簡化。

簡化條件：（1）除霜時間尺度大于車艙內空氣流動時間尺度；（2）假設車艙內流動為穩態；（3）只有溫度與液相體積分數隨時間發生變化。

建立模型，并進行網格劃分，如圖1所示。

網格包含三個計算區域：車艙（流體域）、玻璃（固體域）、霜（流體域）。對于風擋除霜問題，玻璃和霜的區域采用棱柱層網格，車艙區域采用四面體或六面體網格。

圖1 車廂及擋風玻璃網格劃分結果

2 軟件設置

在模型設置中，激活能量方程、湍流模型、凝固熔化模型，其他參數保持默認設置。

2.1 材料設置

本文及到三種材料：空氣（air）、玻璃（glass）以及冰水混合物（ice_water），材料均為默認值。發生相變的材料僅為冰水混合物（ice_water）。

2.2 邊界條件設置

設置空調出風口風速大小為3.5 m/s，溫度為283 K，出口溫度為285 K。

2.3 計算方式

本文的計算方式采用穩態計算加瞬態計算的方式。先采用穩態計算，穩態計算時不考慮傳熱。穩態計算后采用瞬態計算的方式，瞬態計算時假設車艙內流場穩定，僅考慮傳熱。

3 計算結果

查看擋風玻璃上液相分布，以反映除霜效果。

圖2 600 s時刻擋風玻璃上液相分布圖

如圖2所示為600 s時刻擋風玻璃上液相分布。

如圖3所示為800 s時刻風擋上液相分布。

圖3 800 s時刻風擋上液相分布圖

如圖4所示為1000 s時刻風擋上液相分布。

圖4 1000 s時刻風擋上液相分布圖

4 結語

本文通過ANSYS軟件，對汽車前擋風玻璃除霜過程進行仿真分析。分析結果指出：

（1）在除霜初始階段，除霜效果最好的區域集中在空調出風口附近。

（2）隨著時間的推移，車內溫度上升，除霜區域面積擴大，在兩個空調出風口中線區域除霜效果好于兩邊。

（3）整個除霜過程中，前擋風玻璃前沿及兩邊角落處除霜效果欠佳。