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）

前言

霜冻在秋、冬、春三季都会出现。霜是接近地层空气中的水汽，直接在地面或近地面的物体上凝华而成的。温度越低，空气密度就越大，比重也越大。随着空气的流动，最冷、最重的空气就会往最低处流动，到达最低处停留后，逐渐积聚凝华成霜。

1 建立模型

汽车前挡风玻璃除霜是一个复杂的物理过程。除霜效果受汽车品牌、车辆大小、环境温度等较多因素影响。本文旨在通过软件仿真模拟除霜的物理过程，为便于计算，将部分不影响揭示除霜过程计算的条件简化。

简化条件：（1）除霜时间尺度大于车舱内空气流动时间尺度；（2）假设车舱内流动为稳态；（3）只有温度与液相体积分数随时间发生变化。

建立模型，并进行网格划分，如图1所示。

网格包含三个计算区域：车舱（流体域）、玻璃（固体域）、霜（流体域）。对于风挡除霜问题，玻璃和霜的区域采用棱柱层网格，车舱区域采用四面体或六面体网格。

图1 车厢及挡风玻璃网格划分结果

2 软件设置

在模型设置中，激活能量方程、湍流模型、凝固熔化模型，其他参数保持默认设置。

2.1 材料设置

本文及到三种材料：空气（air）、玻璃（glass）以及冰水混合物（ice_water），材料均为默认值。发生相变的材料仅为冰水混合物（ice_water）。

2.2 边界条件设置

设置空调出风口风速大小为3.5 m/s，温度为283 K，出口温度为285 K。

2.3 计算方式

本文的计算方式采用稳态计算加瞬态计算的方式。先采用稳态计算，稳态计算时不考虑传热。稳态计算后采用瞬态计算的方式，瞬态计算时假设车舱内流场稳定，仅考虑传热。

3 计算结果

查看挡风玻璃上液相分布，以反映除霜效果。

图2 600 s时刻挡风玻璃上液相分布图

如图2所示为600 s时刻挡风玻璃上液相分布。

如图3所示为800 s时刻风挡上液相分布。

图3 800 s时刻风挡上液相分布图

如图4所示为1000 s时刻风挡上液相分布。

图4 1000 s时刻风挡上液相分布图

4 结语

本文通过ANSYS软件，对汽车前挡风玻璃除霜过程进行仿真分析。分析结果指出：

（1）在除霜初始阶段，除霜效果最好的区域集中在空调出风口附近。

（2）随着时间的推移，车内温度上升，除霜区域面积扩大，在两个空调出风口中线区域除霜效果好于两边。

（3）整个除霜过程中，前挡风玻璃前沿及两边角落处除霜效果欠佳。